مواد و ساخت پیشرفته

دانشمندان اولین ماده اکسید نیکل را ساخته‌اند که علائم روشنی از ابررسانایی را نشان می‌دهد و این به معنای توانایی انتقال جریان الکتریکی بدون هیچ افتی است. برای نخستین بار در خانواده جدید بالقوه ابررساناهای غیرمتعارف، شباهت آن به ابررساناهای بر پایه اکسید مس این امید را افزایش داد که بتوان ابررساناها را در دماهای خیلی بالا ساخت. اما روش‌های کلیدی در مورد این ابررساناها بسیار متفاوت است که می‌تواند تئوری‌هایی که نشان می‌دهند این مواد گیج‌کننده چگونه کار می‌کنند را از بین می‌برد.
دانشمندان آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده اسلک (SLAC) مربوط به وزارت انرژی و دانشگاه استنفورد آمریکا، اولین ماده از جنس اکسید نیکل را ساخته‌اند که علائم روشنی از ابررسانایی را نشان می‌دهد. همچنین به‌عنوان یک نوع اکسید نیکل شناخته‌شده است که اولین نوع از خانواده جدید بالقوه غیرمتعارف ابررساناهاست که بسیار شبیه اکسیدهای مسی هستند که در سال 1986 کشف شدند و این امید را به وجود آوردند که ابررساناها می‌توانند روزی تا دمای نزدیک به دمای اتاق عمل کنند و انقلابی در دستگاه‌های الکترونیکی، انتقال نیرو و دیگر تکنولوژی‌ها ایجاد کنند. این شباهت‌ها باعث شد دانشمندان این سوال را مطرح کنند که آیا اکسید نیکل هم می‌تواند ابررسانا در دمای بالا باشند. درعین‌حال، به نظر می‌رسد مواد جدید ازنظر روش‌های اساسی با اکسیدهای مس متفاوت باشند. به‌عنوان‌مثال ممکن است شامل خاصیت مغناطیسی که همه ابررساناهای از جنس اکسید مس دارند، نباشند. این تفاوت می‌تواند نظریه‌های پیشرو در مورد چگونگی عملکرد این ابررساناهای غیرمتعارف را از بین ببرد. بعد از گذشت بیش از سه دهه تحقیق، این آزمایش‌ها توسط محقق انستیتو مواد و انرژی استنفورد در SLAC، به نام Danfeng Li انجام شد و در مجله Nature شرح داده شده است. استاد فیزیک و شیمی دانشگاه British Columbia که خود در این مطالعه شرکت نکرده بود اما نظر خود را در این رابطه در یک مقاله بیان کرد، نوشت :" این یک کشف بسیار مهم است که ما را مجبور به بررسی مجدد در مورد جزئیات ساختار الکترونیکی و مکانیسم‌های احتمالی ابررسانایی در این مواد می‌کند. این امر باعث می‌شود تا افراد زیادی برای تحقیق در مورد این دسته از مواد پرش علمی داشته باشند و انواع کارهای تجربی و نظری را انجام دهند".
از زمان کشف ابررساناهای بر پایه مس، دانشمندان در آرزوی ساخت مواد اکسید مشابه بر پایه نیکل هستند که در جدول تناوبی عناصر درست در کنار مس قرار دارد. اما ساخت اکسید نیکل با یک ساختار اتمی که منجر به ابررسانایی شود به‌طور غیرمنتظره‌ای سخت به نظر می‌رسید. Li می‌گوید :" تا آنجا که ما می‌دانیم، اکسیدهای نیکلی که ما سعی در ساختن آن داشتیم در دمای بسیار بالا، در حدود 600 درجه سانتی‌گراد، دمایی که این مواد به‌طور عادی رشد می‌کنند، پایدار نیست. بنابراین ما به دنبال چیزی بودیم که بتوانیم آن را در دمای بالا به‌صورت پایدار رشد دهیم و سپس آن را دماهای پایین‌تر به شکلی که می‌خواستیم تبدیل کنیم."
Li با یک پروسکایت (یک ماده اکسید تیتانیوم کلسیم تشکیل شده از تیتانات کلسیم)، ماده‌ای تعریف‌شده توسط ساختار اتمی منحصربه‌فرد با ساختار اتمی دوهرمی، که حاوی نئودیمیم، نیکل و اکسیژن بود شروع کرد. سپس با افزودن استرانسیوم آن را تقویت کرد. افزودن عناصر شیمیایی به مواد برای اینکه الکترون‌های آن آزادانه‌تر جریان یابند، یک فرایند متداول است. این ماده در حال حاضر ناپایدار بود و مرحله بعدی، رشد یک فیلم نازک از آن روی یک سطح، واقعاً چالش‌برانگیز بود و این کار نیم سال طول کشید. Li پس از اتمام این کار، فیلم را به قطعات ریز برش داد، آن‌ها را با فویل آلومینیومی پیچید و آن را با یک ماده شیمیایی که به راحتی و مرتب لایه‌ای از اتم‌های اکسیژن خود را از بین می‌برند، در لوله آزمایش قرار داد. با این تکنیک، فیلم به یک ساختار اتمی کاملا جدید، یک اکسید نیکل تقویت شده با استرانسیوم، تبدیل شد.
دانشمندان دیگر به دنبال تقویت نیکل به روش‌های مختلفی هستند تا ببینند چگونه این امر بر رسانایی آن در طیف وسیعی از دما تاثیر می‌گذارد و تعیین می‌کنند آیا دیگر اکسیدهای نیکل می‌توانند ابررسانا شوند یا خیر؟