خلاصه
کشف ابررسانایی دماهای بالا در ترکیبات سرامیکی در سال 1986 و افزایش سریع دمای بحرانی در آنها امیدهای زیادی را برای رسیدن به ابررسانایی دمای اتاق به دنبال داشت. این امید با توقف روند افزایشی دمای بحرانی به فراموشی گرایید.کشف ابررسانایی در ترکیبات فولرنها و به دنبال آن در نانو لوله های کربنی دسته ی جدیدی از ابررساناهارا به دنیای فیزیک معرفی کرد. ادعای ابررسانایی دمای اتاق در نانو لوله های کربنی امید تازه ای را برای فیزیکدانان به دنبال داشته است. این امید با توجه به مطالعات نظری که می گوید در سیستم های شبه یک بعدی امکان بروز ابررسانایی حتی تا 500 کلوین وجود دارد بیشتر می شود.
کلید واژه ها :نانو لوله های کربنی،ابررسانایی دمای اتاق
متن مقاله
کشف ابررساناهای سرامیکی گرم در سال 1986[1] را، انقلاب علمی قرن بیستم نام نهادند و ارزش آن را حتی از کشف ترانزیستور بالاتر پنداشتند. جایزه نوبل سال 1987 نیز به کاشفان آن تعلق گرفت. پیشرفتهای زیاد، در ساخت ابررساناهای گرم، و امید به رسیدن به ترکیبی که بتواند در دمای اتاق ابررسانا باشد، دنیای فیزیک را به فعالیتی شبانه روزی واداشت. طی 5 سال بعد از کشف ابررساناهای گرم، دمای بحرانی ابررسانایی در ترکیبات جیوه دار به K134 رسید[2] دمایی که 5 سال قبل از آن در تصور هیچ فیزیکدانی نمی گنجید. متاسفانه این دمای بحرانی هنوز به صورت یک رکورد باقی مانده است و ترکیب جدیدی با دمای بحرانی بالاتر کشف نگردیده است. این رکود قدری فعالیت فیزیکدانان را در این زمینه کمتر کرد و کم کم این سوال پیش آمد که آیا برای رسیدن به ابررسانایی دمای اتاق باید سیستمهای سرامیکی را کنار گذاشت و به سراغ سیستمهای دیگری رفت؟
با کشف ابررسانایی در فولرنها و نانو لوله های کربنی حوضه جدیدی در فیزیک گشوده شد.
پس از کشف کربن 60 در سال 1985 توسط Kroto و همکارانش از دانشگاه ساسکس و با توجه به کاربردهایی که برای آن متصور شدند مجددا‍ٌ آن را انقلاب علمی جدیدی پنداشتند. آلاییدن کربن 60 با فلزات قلیایی خاکی، ابررسانایی را به دنبال داشت. در ترکیبات A3C60 (Aفلزات قلیایی خاکی) ابررسانایی تا K 33 در ترکیب RbCs2C60 کشف گردید[3]. در کربن 60 دوپ شده با حفره ، ابررسانایی در K52 بدست آمد [4]. همچنین در ترکیب C60/CHCl3 و C60/CHBr3 ابررسانایی به ترتیب در K70 و K117 مشاهده گردید [5].
آنچه که موضوع را مهیج می کند امکان بروز ابررسانایی دمای اتاق در نانو لوله های کربنی است. ابررسانایی دمای اتاق که فیزیکدانان آن را در سیستمهای سرامیکی دنبال می کردند و افق روشنی برای آن نمی دیدند آنان را واداشته تا ابررسانایی دمای اتاق را در نانو لوله های کربنی دنبال کنند. به همین منظور فعالیتهای وسیعی در این زمینه شروع شده است که آن را با کشف ابررسانایی گرم مقایسه می کنند.
در سال 1991 محققین ژاپنی در حین ساختC60 اشیاء سوزنی شکلی بر روی الکترود منفی دستگاه ایجاد کننده قوس الکتریکی یافتند. آزمایشهای متعدد نشان داد که این اشیاء سوزنی شکل، صفحات گرافیتی لوله شده ای هستند که دارای قطری در محدوده nm 1 وطولی در حدود میکرومتر هستند. این نانو لوله ها که می توانند تک جداره (SWNT) و یا چند جداره (MWNT) باشند دارای نوک مخروطی شکل وبسته ای هستند و این امکان را دارند تا به روشهای شیمیایی باز شده وبا ذخیره کردن مواد خاصی در آنها مثل ئیدروژن، Ni و یا Liاز آنها به عنوان پیلهای سوختی با عمر طولانی ویا کاربردهای متعدد دیگر استفاده کرد. مطالعه فیزیکی این نانو لوله ها با ضخامتهای بسیار کم به عنوان یک سیستم شبه یک بعدی، مورد توجه شدید فیزیکدانان قرار گرفته است. یک مطالعه نظری نشان می دهد که دریک سیستم شبه یک بعدی امکان بروز ابررسانایی حتی تا K500 وجود دارد. عامل بروز ابررسانایی مدهای پلاسمونی آکوستیکی غیر میرا در سیستم شبه یک بعدی می باشد[6].علاوه بر این ابررسانایی دمای بالا می تواند در یک سیستم الکترونیکی چند لایه به واسطه جاذبه حاملهای بار در یک لایه رسانا از طریق تعویض پلاسمونهای مجازی در لایه مجاور رخ دهد[7].
با توجه به این تئوریها، نانولوله های کربنی تک جداره(SWNT)و چند جداره (MWNT) با توجه به ضخامت آنها (1 nm) که به طور منحصر به فردی شبه یک بعدی اند برای بروز ابررسانایی دمای بالا با واسطه پلاسمونی ایده آل به نظر می رسند. ضمن اینکه نانو لوله های چند جداره هم یک بعدی اند و هم دارای ساختار الکترونیکی چند لایه می باشند. مطالعات دیگر نشان می دهد[8] که نانو لوله های کربنی بستر مناسبی برای حرکت زوج کوپر فراهم می آورند و به عبارتی رسانای زوج کوپر میباشند(در ابررساناها، حاملهای بار زوج الکترونهایی هستند که توسط عوامل مختلف همدیگر را به جای دفع، جذب می کنند و همین جاذبه عامل ابررسانایی است. این زوج الکترون را زوج کوپر می نامند). کشف ابررسانایی K 15 در نانو لوله های کربنی خالص [9،10] نه تنها حیرت دانشمندان را به دنبال داشته بلکه قضایایی را که حدود 40 سال پیش انتقال فاز را در سیستمهای یک و یا دو بعدی ممنوع می دانستند رد کرده است