การไหลของกระแสไฟฟ้าแบบสองมิติแบบราบนั้นมีความสำคัญต่อความลับของวิธีการทำงานของตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงมานานแล้ว แต่การวิจัยใหม่แสดงให้เห็นว่าตัวนำยิ่งยวดที่เป็นเหล็กช่วยให้กระแสไหลในสามมิติได้สำหรับตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิสูงอย่างน้อยบางตัว กลไกที่ช่วยให้อิเล็กตรอนไหลโดยไม่มีความต้านทานเป็นศูนย์นั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ไปตามขอบเขตระหว่างชั้นในวัสดุ งานวิจัยชิ้นใหม่แสดงให้เห็น ในการทดลองก่อนหน้านี้เกี่ยวกับตัวนำยิ่งยวดที่มีทองแดงเป็นส่วนประกอบ กระแสที่ไหลอย่างอิสระจะเกิดขึ้นที่ขอบเขต 2 มิติเหล่านี้เสมอ ดังนั้นนักทฤษฎีส่วนใหญ่จึงคิดว่าความเป็น 2 มิตินี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อวิธีการทำงานของตัวนำยิ่งยวดประเภทนี้
Huiqiu Yuan นักฟิสิกส์สสารควบแน่นแห่งมหาวิทยาลัยเจ้อเจียงในหางโจว ประเทศจีน
ผู้ร่วมเขียนงานวิจัยตีพิมพ์ในวารสารNatureฉบับ วันที่ 29 มกราคม การค้นพบตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงแบบสามมิติ “เป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจมากสำหรับเรา” “ความเป็นสองมิติไม่ใช่เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการได้รับอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของตัวนำยิ่งยวดที่สูง”
ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงแบบ 3 มิติเหล่านี้ยังมีประโยชน์มากกว่าตัวนำยิ่งยวดแบบ 2 มิติอีกด้วย เมื่อกระแสไฟฟ้าที่มีตัวนำยิ่งยวดจำกัดอยู่ในระนาบ 2 มิติ สนามแม่เหล็กแรงสูงจะรบกวนกระแสไฟฟ้า แต่มักใช้ตัวนำยิ่งยวดเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กแรงสูงโดยเฉพาะ ข้อจำกัดนี้เป็นเหตุผลสำคัญที่ว่าทำไมตัวนำยิ่งยวดที่เป็นทองแดงจึงไม่ได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลาย ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงที่สามารถไหลแบบ 3 มิติได้ก็ไม่มีปัญหาเช่นเดียวกัน
“สามมิติจะช่วยได้มาก” Jan Zaanen นักทฤษฎีสสารควบแน่นแห่งมหาวิทยาลัย Leiden ในเนเธอร์แลนด์ ผู้เขียนคำอธิบายเกี่ยวกับงานวิจัยในวารสารNature ฉบับ เดียวกัน ให้ความเห็น
ทำให้ตัวนำยิ่งยวดเย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิเปลี่ยนผ่าน และจู่ๆ
กระแสไฟฟ้าจะไหลโดยไม่มีความต้านทานเป็นศูนย์ แม้ว่าการไหลของอิเล็กตรอนอย่างไม่มีข้อจำกัดนี้ทำให้ตัวนำยิ่งยวดมีประโยชน์สำหรับการส่งพลังงานไฟฟ้าโดยไม่สูญเสียและสำหรับแม่เหล็กไฟฟ้า
ที่ทรงพลังมากในเครื่อง MRI และรถไฟลอย ตัวนำยิ่งยวดทั่วไปมีอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ (–273º เซลเซียส) ดังนั้นจึงต้องใช้ฮีเลียมเหลวราคาแพงในการเก็บรักษา พวกเขาเย็น
ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงจะมีกระแสที่ปราศจากความต้านทานที่อุณหภูมิสูงพอที่จะให้ความเย็นด้วยไนโตรเจนเหลวแทน ซึ่งมีราคาถูกกว่ามากและมีอยู่ทั่วไปมากกว่าฮีเลียมเหลว จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงที่รู้จักกันทั้งหมดเป็นวัสดุที่มีทองแดงเป็นหลัก และแม้หลังจากการวิจัยมากว่า 20 ปี นักวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่เข้าใจว่าสารประกอบเหล่านี้ทำงานอย่างไร
Yuan และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ศึกษาตัวนำยิ่งยวดชนิดใหม่ที่มีพื้นฐานมาจากเหล็ก ชั้นนี้สร้างความตื่นเต้นเป็นอย่างมากนับตั้งแต่มีการค้นพบในปี 2549 เนื่องจากตัวนำยิ่งยวดที่มีธาตุเหล็กมีคุณสมบัติทางเคมีที่แตกต่างจากที่มีส่วนประกอบของทองแดงเป็นอย่างมาก ดังนั้น นักฟิสิกส์จึงหวังว่าการเปรียบเทียบตัวนำยิ่งยวดทั้งสองตระกูลจะเปิดเผยกลไกสำคัญทั่วไปบางประการสำหรับตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง
Zaanen กล่าวว่า “มีความเชื่ออย่างกว้างขวางว่า [ตัวนำยิ่งยวดที่เป็นเหล็ก] เหล่านี้แบ่งปันความลับพื้นฐานนี้” กับตัวนำที่ทำจากทองแดง Zaanen กล่าว “สิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าความลึกลับของตัวนำยิ่งยวด [อุณหภูมิสูง] ไม่ได้จำกัดอยู่แค่สองมิติ”
ทีมของหยวนใช้สนามแม่เหล็กแรงสูงเพื่อบังคับให้กระแสไฟฟ้าไหลไปในทิศทางต่างๆ ผ่านตัวนำยิ่งยวดที่ทำจากเหล็ก สารหนู โพแทสเซียม และแบเรียม โดยไม่คำนึงถึงทิศทางของสนามแม่เหล็ก กระแสก็ไหลไปเช่นกัน
แม้ว่าการค้นพบนี้ดูเหมือนจะแสดงให้เห็นว่าตัวนำยิ่งยวดที่เป็นเหล็กไม่ได้จำกัดอยู่แค่กระแส 2 มิติ แต่ความหมายของตัวนำยิ่งยวดที่มีทองแดงเป็นส่วนประกอบนั้นยังไม่ชัดเจน หากวัสดุทั้งสองประเภทมีกลไกเดียวกันสำหรับตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง สารประกอบที่มีทองแดงเป็นส่วนประกอบหลักก็อาจสามารถไหลแบบ 3 มิติได้เช่นกัน
ตั้งแต่ดาราศาสตร์ไปจนถึงสัตววิทยา
สมัครรับข้อมูลข่าววิทยาศาสตร์เพื่อสนองความกระหายใคร่รู้ของคุณสำหรับความรู้สากล
ติดตาม
แต่การวิจัยอาจเสนอว่าตัวนำยิ่งยวดทั้งสองชนิดมีกลไกที่แตกต่างกัน
การตีความทั้งสองเป็นไปได้ Zaanen กล่าว แต่ “ฉันจะไม่เดิมพันกับทฤษฎีที่ต้องใช้สองมิติอีกต่อไป เพราะมีเหตุผลที่ดีที่จะคิดว่าทั้งสอง [ทั้งตัวนำยิ่งยวดที่มีทองแดงและเหล็กเป็นส่วนประกอบ] มีความลับร่วมกัน”
เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>> แทงบอลออนไลน์
