ابرساناهای دمای بالا

کشف ابررسانایی در سرامیک‌های اکسید مس در دمایی بالاتر از نقطه جوش نیتروژن مایع، انتظارات را دگرگون کرد و مکانیسم جفت‌شدگی نامتعارفی را آشکار ساخت که نظریه BCS قادر به توضیح آن نیست.

Definition

ابرساناهای دمای بالا موادی هستند، عمدتاً سرامیک‌های اکسید مس (کوپرات)، که در دماهایی بسیار بالاتر از حد متعارف ابررسانا می‌شوند؛ آنها از دوپینگ عایق‌های مات پادفرومغناطیس پدید می‌آیند، جفت‌شدگی موج d را نشان می‌دهند، و اعتقاد بر این است که توسط یک مکانیسم الکترونیکی، نه صرفاً فونون، هدایت می‌شوند که هنوز توضیح داده نشده است.

Scope

این موضوع ابررساناهای دمای بالای کوپرات و مرتبط با آن را پوشش می‌دهد: ساختار لایه‌ای اکسید مس آنها، ترکیبات والد عایق مات پادفرومغناطیس، نمودار فازی با دوپینگ شامل شبه‌شکاف و گنبد ابررسانایی، تقارن جفت‌شدگی موج d، و مسئله حل‌نشده اصلی مکانیسم جفت‌شدگی. همچنین به ابررساناهای پایه آهن و هیدریدهای فشار بالا نیز اشاره می‌کند. این ابررساناها را با تصویر BCS متعارف از موضوعات مرتبط مقایسه می‌کند.

Core questions

• چه ویژگی‌های ساختاری و الکترونیکی ابررساناهای کوپرات را از فلزات متعارف متمایز می‌کند؟
• چگونه حالت ابررسانایی از دوپینگ یک عایق مات پادفرومغناطیس پدید می‌آید؟
• شبه‌شکاف چیست و نمودار فازی چگونه کوپرات‌ها را سازماندهی می‌کند؟
• چرا نظریه BCS متعارف در توضیح ابررسانایی دمای بالا شکست می‌خورد؟

Key concepts

• لایه‌های اکسید مس کوپرات
• والد عایق مات پادفرومغناطیس دوپ‌شده
• نمودار فازی، شبه‌شکاف، و گنبد ابررسانایی
• تقارن جفت‌شدگی موج d
• ابرساناهای پایه آهن و هیدرید

Clinical relevance

ابرساناهای دمای بالا می‌توانند با خنک‌کننده ارزان‌قیمت نیتروژن مایع کار کنند و کابل‌های برق، محدودکننده‌های جریان خطا، و آهنرباهای میدان بالا را ممکن می‌سازند؛ درک مکانیسم آنها نیز یکی از عمیق‌ترین مسائل حل‌نشده در فیزیک است که برای نظریه الکترون‌های با همبستگی قوی اهمیت مرکزی دارد.

History

بدنورز و مولر در سال 1986 ابررسانایی را در نزدیکی 35 کلوین در یک کوپرات لانتانم کشف کردند و سال بعد جایزه نوبل را دریافت کردند؛ کشف YBa2Cu3O7 در سال 1987 با دمای گذار 93 کلوین، بالاتر از دمای نیتروژن مایع، انفجاری از تحقیقات را به دنبال داشت که همچنان ادامه دارد.

Debates

مکانیسم جفت‌شدگی کوپرات‌ها

دهه‌ها پس از کشف آنها، هیچ اجماعی در مورد آنچه الکترون‌ها را در ابررساناهای دمای بالا به هم پیوند می‌دهد وجود ندارد؛ سناریوهای نوسانات اسپینی، پیوند ظرفیتی تشدیدی، و سایر سناریوهای الکترونیکی با همبستگی قوی با یکدیگر رقابت می‌کنند، و نقش شبه‌شکاف همچنان مورد بحث است.

Key figures

• Johannes Georg Bednorz
• Karl Alexander Müller
• Philip Warren Anderson

Seminal works

• bednorz1986
• wu1987

Frequently asked questions

چرا ابررسانایی دمای بالا نامتعارف تلقی می‌شود؟

کوپرات‌ها در دماهایی بسیار بالاتر از آنچه جفت‌شدگی فونونی BCS اجازه می‌داد ابررسانا می‌شوند، از والدین مغناطیسی عایق به جای فلزات خوب پدید می‌آیند، و جفت‌شدگی موج d به جای موج s دارند، بنابراین مکانیسم آنها به نظر می‌رسد الکترونیکی باشد تا مکانیسم ارتعاش شبکه‌ای متعارف.

آیا مکانیسم ابررسانایی دمای بالا حل شده است؟

خیر. با وجود تلاش‌های فراوان، مکانیسم جفت‌شدگی کوپرات‌ها حل‌نشده باقی مانده است؛ این مسئله به طور گسترده‌ای به عنوان یکی از مهم‌ترین مسائل حل‌نشده در فیزیک ماده چگال در نظر گرفته می‌شود.