محققان موفق به ساخت اولین ابررسانا از جنس گرافن شدند

کربنی که در نوک مدادها به کار می‌رود، گرافیت نام دارد، که از برگه‌های کربنی تشکیل شده‌اند که بر روی هم قرار می‌گیرند. این برگه‌ها با نام گرافن، از یک لایه مولکول کربن تشکیل شده‌اند که با آرایشی همانند کندو‌ی عسل کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند.

گرافن بسیار مقاوم بوده و در حدود ۲۰۰ برابر در وزنی مشابه، مقاومت بیشتری از استیل دارد. به علاوه این ماده، هادی بسیار خوب جریان الکتریسیته است و محققان در سرتاسر دنیا در تلاش هستند تا این ماده را در مدارهای پیشرفته و سایر لوازم الکترونیکی بکار بگیرند.

با اینکه گرافن دارای ویژگی‌های فراوان الکترونیکی است، اما ابررسانایی یکی از این خصوصیات، تا به امروز نبوده است. ابررساناها می‌توانند جریان الکتریسیته را بدون هیچ مفاومتی عبور داده و خطوط برق با بازده بسیار بالایی را تشکیل دهند. (شرکت‌های نیروگاهی بیش از ۷ درصد انرژی تولیدی خود را در سیم‌های انتقال از دست می‌دهند.)

ابررسانایی در گذشته در گرافیت دیده شده بود. از لحاظ تئوری گرافن هم می‌تواند یک ابررسانا باشد به شرطی که با مواد دیگری آرایش داده شود. حالا گروهی از محققان بین‌المللی گرد هم آمده و با قرار دادن پوششی از لیتیوم بر روی گرافن موفق به ساخت اولین ابررسانا از جنس گرافن شده‌اند. محقق ارشد پروژه، آندره داماسچلی که مدیر موسسه مواد کوانتوم دانشگاه بریتیش کلمبیا نیز هست، در این باره می‌گوید:

گروه‌های بسیاری سال‌های متمادی برای ساخت ابررسانا از گرافن تلاش کرده‌اند، اما کلید حل معما در آماده‌سازی نمونه‌های اولیه است.

دانشمندان در موسسه‌ی مکس پلانک برای تحقیق بر روی جامدات واقع در اشتوتگارت آلمان، صفحات گرافن را ساخته‌اند. سپس محققان در دانشگاه بریتیش کلمبیا، این صفحات را با لایه‌ای از اتم لیتیوم پوشانده‌اند.

تلاش‌های گذشته برای ساخت گرافن ابررسانا بوسیله‌ی پوششی از لیتیوم شکست خورده‌اند چرا که روش‌های پوشش دادن این صفحات صحیح نبودند و باعث ایجاد ناپایداری می‌شدند. این غیرپایداری باعث می‌شد که اتم‌های لیتیوم لرزش کرده و مانع از تبدیل گرافن به یک ابررسانا شوند.

در عوض داماسچلی و همکارانش صفحات گرافن را با اتم‌هایی از لیتیوم در شرایط فوق خلا در دمایی در حدود منفی ۲۶۸ درجه سلسیوس، پوشش دادند. این دما تنها ۵ درجه سانتی‌گراد از صفر مطلق بیشتر است.

ابررسانایی براساس برخورد الکترون‌ها عمل نکرده و جریان الکتریسیته توسط جفت اکترون‌های ظریفی که ایجاد می‌شود، انتقال می‌یابد. الکترون‌ها در این جفت‌ها توسط فونون‌ها یا لرزش‌های اتم‌های ابررسانایی کنار یکدیگر جا می‌گیرند. اتم‌های لیتیوم باعث افزایش قدرت پیوند فونون شده و باعث می‌شود تا ابررسانایی در دمای منفی ۲۶۷ درجه سانتی‌گراد رخ دهد.

محققان معتقد هستند که گرافن ابررسانا برای ساخت مدارهای انتقال جریان نمی‌تواند بکار برود اما داماسچلی پیشنهاد می‌کند که این ماده می‌تواند در حسگرهای مغناطیسی بسیار حساس که با نام SQUIDها (دستگاه‌های میانی ابررسانایی کوانتومی) شناخته می‌شوند، بکار بروند. این دستگاه‌ها در اسکن فعالیت مغز مورد استفاده قرار می‌گیرند. داماسچلی می‌گوید:

این کشف می‌تواند حساسیت و دقت دستگاه‌ها را تا ۱۰۰ برابر افزایش دهد. ابررسانایی در این اتفاق نقشی بزرگ ایفا می‌کند.

محققان امیدوار هستند تا طبیعت ابررسانایی گرافن را بهتر بشناسند و امیدوار هستند بتوانند در آینده ابررسانایی را در دمایی بالاتر از منفی ۲۶۷ درجه سانتی‌گراد نیز ایجاد کنند.