ការសិក្សាថ្មីថ្មោងថ្មីៗនេះបានបង្ហាញពីលក្ខណៈសម្បត្តិតែមួយគត់នៃសម្ភារៈ graphene សម្រាប់លទ្ធភាពយូរអង្វែងនៃការបង្កើត superconductors សន្សំសំចៃ និងជាក់ស្តែងដើម្បីប្រើប្រាស់។
A superconductor គឺជាសម្ភារៈដែលអាចបញ្ជូន (បញ្ជូន) អគ្គិសនី ដោយគ្មានការតស៊ូ។ ការតស៊ូនេះត្រូវបានកំណត់ថាជាការបាត់បង់មួយចំនួន ថាមពល ដែលកើតឡើងក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការ។ ដូច្នេះ វត្ថុធាតុណាមួយក្លាយជា superconductive នៅពេលដែលវាអាចធ្វើចរន្តអគ្គិសនីបាន ជាពិសេសនោះ 'សីតុណ្ហាភាព' ឬលក្ខខណ្ឌ ដោយមិនបញ្ចេញកំដៅ សំឡេង ឬទម្រង់ថាមពលផ្សេងទៀតទេ។ Superconductors មានប្រសិទ្ធភាព 100 ភាគរយ ប៉ុន្តែសម្ភារៈភាគច្រើនទាមទារឱ្យមានកម្រិតទាបបំផុត។ ថាមពល ដើម្បីក្លាយជា superconductive ដែលមានន័យថាពួកគេត្រូវតែត្រជាក់ខ្លាំង។ superconductors ភាគច្រើនត្រូវត្រជាក់ជាមួយ helium រាវដល់សីតុណ្ហភាពទាបបំផុតប្រហែល -270 អង្សាសេ។ ដូច្នេះកម្មវិធី superconducting ណាមួយ ជាទូទៅត្រូវបានផ្សំជាមួយនឹងប្រភេទនៃការត្រជាក់ cryogenic សកម្ម ឬអកម្មមួយចំនួន។ នីតិវិធីនៃការធ្វើឱ្យត្រជាក់នេះតម្រូវឱ្យមានបរិមាណថាមពលច្រើនលើសលប់នៅក្នុងខ្លួនវា ហើយអេលីយ៉ូមរាវមិនត្រឹមតែមានតម្លៃថ្លៃប៉ុណ្ណោះទេ ថែមទាំងមិនអាចកកើតឡើងវិញបានទៀតផង។ ដូច្នេះ កុងដង់ទ័រទំនើបធម្មតា ឬ "សីតុណ្ហភាពទាប" ភាគច្រើនមិនមានប្រសិទ្ធភាព មានដែនកំណត់ មានភាពសន្សំសំចៃ ថ្លៃ និងមិនអាចអនុវត្តបានសម្រាប់ការប្រើប្រាស់ទ្រង់ទ្រាយធំ។
ឧបករណ៍បញ្ចូលចរន្តអគ្គិសនីដែលមានសីតុណ្ហភាពខ្ពស់
វាលនៃ superconductors បានលោតផ្លោះដ៏ធំមួយនៅពាក់កណ្តាលទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1980 នៅពេលដែលសមាសធាតុអុកស៊ីដទង់ដែងត្រូវបានគេរកឃើញដែលអាចនាំ superconduct នៅ -238 អង្សាសេ។ វានៅតែត្រជាក់ ប៉ុន្តែក្តៅជាងសីតុណ្ហភាពអេលីយ៉ូមរាវ។ នេះត្រូវបានគេស្គាល់ថាជា "ឧបករណ៍បំប្លែងសីតុណ្ហភាពខ្ពស់" (HTC) ដំបូងដែលគេរកឃើញ ដោយឈ្នះរង្វាន់ណូបែល ទោះបីវា "ខ្ពស់" តែក្នុងន័យធៀបខ្លាំងជាងនេះប៉ុណ្ណោះ។ ដូច្នេះវាបានកើតឡើងចំពោះអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រដែលពួកគេអាចផ្តោតលើទីបំផុតការស្វែងរក superconductors ដែលដំណើរការ ឧបមាថាជាមួយអាសូតរាវ (-196 ° C) មានបូកដែលវាមានច្រើន ហើយមានតម្លៃថោកផងដែរ។ superconductors សីតុណ្ហភាពខ្ពស់ក៏មានកម្មវិធីផងដែរដែលតម្រូវឱ្យមានវាលម៉ាញេទិកខ្ពស់ខ្លាំង។ សមភាគីសីតុណ្ហភាពទាបរបស់ពួកគេឈប់ដំណើរការនៅប្រហែល 23 teslas (tesla គឺជាឯកតានៃកម្លាំងដែនម៉ាញេទិក) ដូច្នេះពួកគេមិនអាចប្រើដើម្បីបង្កើតមេដែកខ្លាំងជាងនេះបានទេ។ ប៉ុន្តែវត្ថុធាតុកំដៅខ្លាំងបំផុតអាចដំណើរការបានច្រើនជាងពីរដង ហើយទំនងជាខ្ពស់ជាងនេះ។ ចាប់តាំងពី superconductors បង្កើតវាលម៉ាញេទិកដ៏ធំ ពួកវាជាសមាសធាតុសំខាន់មួយនៅក្នុងម៉ាស៊ីនស្កែន និងរថភ្លើងដែលលេចធ្លាយ។ ជាឧទាហរណ៍ MRI សព្វថ្ងៃនេះ (Magnetic Resonance Imaging) គឺជាបច្ចេកទេសមួយដែលប្រើគុណភាពនេះដើម្បីមើល និងសិក្សាសម្ភារៈជំងឺ និងម៉ូលេគុលស្មុគស្មាញក្នុងរាងកាយ។ កម្មវិធីផ្សេងទៀតរួមមាន ការផ្ទុកអគ្គិសនីតាមមាត្រដ្ឋាន ដោយមានខ្សែថាមពលដែលមានប្រសិទ្ធភាពថាមពល (ឧទាហរណ៍ ខ្សែ superconducting អាចផ្តល់ថាមពល 10 ដងច្រើនជាងខ្សែ cooper ដែលមានទំហំដូចគ្នា) ម៉ាស៊ីនបង្កើតថាមពលខ្យល់ និង supercomputers ។ឧបករណ៍ដែលមានសមត្ថភាពផ្ទុក ថាមពលរាប់លានឆ្នាំអាចត្រូវបានបង្កើតជាមួយ superconductors ។
អាំងវឺតទ័រសីតុណ្ហភាពខ្ពស់បច្ចុប្បន្នមានដែនកំណត់ និងបញ្ហាប្រឈមផ្ទាល់ខ្លួន។ ក្រៅពីមានតម្លៃថ្លៃខ្លាំងដោយសារតែត្រូវការឧបករណ៍ត្រជាក់ អង្គធាតុនាំចរន្តអគ្គិសនីទាំងនេះត្រូវបានផលិតឡើងពីវត្ថុធាតុផុយ និងមិនងាយបង្កើតជាខ្សែ ដូច្នេះហើយមិនអាចប្រើសម្រាប់ធ្វើខ្សែអគ្គិសនីបានទេ។ សម្ភារៈក៏អាចមិនស្ថិតស្ថេរគីមីនៅក្នុងបរិស្ថានជាក់លាក់ និងមានភាពរសើបខ្លាំងចំពោះភាពមិនបរិសុទ្ធពីបរិយាកាស និងទឹក ហើយដូច្នេះវាត្រូវតែត្រូវបានរុំព័ទ្ធជាទូទៅ។ បន្ទាប់មក មានតែចរន្តអតិបរិមាដែលវត្ថុធាតុ superconducting អាចផ្ទុកបាន ហើយលើសពីដង់ស៊ីតេបច្ចុប្បន្នដ៏សំខាន់ ភាពធន់ខ្ពស់នឹងបំបែកកំណត់ចរន្ត។ ការចំណាយដ៏ច្រើន និងភាពមិនអាចអនុវត្តបានកំពុងរារាំងដល់ការប្រើប្រាស់ឧបករណ៍បញ្ជូនថាមពលខ្លាំង ជាពិសេសនៅក្នុងប្រទេសកំពុងអភិវឌ្ឍន៍។ វិស្វករ នៅក្នុងការស្រមើស្រមៃរបស់ពួកគេ ពិតជាចង់បាន សារធាតុ superconductor ferromagnetic ទន់ ទន់ ដែលអាចបត់បែនបាន ដែលមិនជ្រាបចូលទៅក្នុងភាពមិនបរិសុទ្ធ ឬអនុវត្តវាលម៉ាញេទិក និងចរន្ត។ សុំច្រើនពេកហើយ!
Graphene អាចជាវា!
លក្ខណៈវិនិច្ឆ័យកណ្តាលនៃ superconductor ជោគជ័យគឺការស្វែងរកសីតុណ្ហភាពខ្ពស់។ superconductor, សេណារីយ៉ូដ៏ល្អគឺសីតុណ្ហភាពក្នុងបន្ទប់។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ សម្ភារៈថ្មីៗនៅមានកម្រិតនៅឡើយ ហើយមានការលំបាកខ្លាំងក្នុងការផលិត។ នៅតែមានការរៀនសូត្រជាបន្តបន្ទាប់នៅក្នុងវិស័យនេះអំពីវិធីសាស្រ្តពិតប្រាកដដែលឧបករណ៍បំពងសំឡេងដែលមានសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ទាំងនេះទទួលយក និងរបៀបដែលអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រអាចទៅដល់ការរចនាថ្មីដែលមានប្រយោជន៍។ ទិដ្ឋភាពដ៏លំបាកមួយនៅក្នុង superconductors សីតុណ្ហភាពខ្ពស់គឺថា វាត្រូវបានយល់តិចតួចណាស់ពីអ្វីដែលពិតជាជួយអេឡិចត្រុងនៅក្នុងសម្ភារៈមួយដើម្បីផ្គូផ្គង។ នៅក្នុងការសិក្សាថ្មីៗនេះវាត្រូវបានបង្ហាញជាលើកដំបូងដែលសម្ភារៈ graphene មានគុណភាព superconducting ខាងក្នុង ហើយយើងពិតជាអាចបង្កើត graphene superconductor នៅក្នុងស្ថានភាពធម្មជាតិផ្ទាល់របស់សម្ភារៈ។ Graphene ដែលជាសម្ភារៈដែលមានមូលដ្ឋានលើកាបូនសុទ្ធ ត្រូវបានរកឃើញតែនៅក្នុងឆ្នាំ 2004 ហើយជាសម្ភារៈស្តើងបំផុតដែលគេស្គាល់។ វាក៏ស្រាល និងអាចបត់បែនបានជាមួយនឹងសន្លឹកនីមួយៗដែលមានអាតូមកាបូនដែលត្រូវបានរៀបចំជាប្រាំបួនជ្រុង។ វាត្រូវបានគេមើលឃើញថាមានកម្លាំងខ្លាំងជាងដែកហើយវាបង្ហាញពីចរន្តអគ្គិសនីល្អជាងបើធៀបនឹងទង់ដែង។ ដូច្នេះ វាជាសម្ភារៈពហុវិមាត្រដែលមានលក្ខណៈសម្បត្តិជោគជ័យទាំងអស់នេះ។
អ្នករូបវិទ្យានៅវិទ្យាស្ថានបច្ចេកវិទ្យា Massachusetts និងសាកលវិទ្យាល័យ Harvard សហរដ្ឋអាមេរិក ដែលការងាររបស់គាត់ត្រូវបានបោះពុម្ពជាឯកសារចំនួនពីរ។1,2 in ធម្មជាតិបានរាយការណ៍ថាពួកគេអាចលៃតម្រូវ graphene សម្ភារៈដើម្បីបង្ហាញពីឥរិយាបទអគ្គិសនីខ្លាំងពីរ - ជាអ៊ីសូឡង់ដែលវាមិនអនុញ្ញាតឱ្យចរន្តណាមួយឆ្លងកាត់និងជា superconductor ដែលអនុញ្ញាតឱ្យចរន្តឆ្លងកាត់ដោយគ្មានភាពធន់។ "superlattice" នៃសន្លឹក graphene ពីរត្រូវបានបង្កើតជាជង់ជាមួយគ្នាបង្វិលបន្តិចនៅ "មុំវេទមន្ត" នៃ 1.1 ដឺក្រេ។ ការរៀបចំលំនាំ Honeycomb ប្រាំមួយជាន់លើគ្នាពិសេសនេះត្រូវបានធ្វើដូច្នេះដើម្បីជំរុញឱ្យមាន "អន្តរកម្មទាក់ទងគ្នាយ៉ាងខ្លាំង" រវាងអេឡិចត្រុងនៅក្នុងសន្លឹក graphene ។ ហើយរឿងនេះបានកើតឡើងដោយសារតែ graphene អាចធ្វើចរន្តអគ្គិសនីដោយភាពធន់នឹងសូន្យនៅ "មុំវេទមន្ត" នេះខណៈពេលដែលការរៀបចំជង់ផ្សេងទៀតរក្សា graphene ខុសពីគ្នា ហើយមិនមានអន្តរកម្មជាមួយស្រទាប់ជិតខាងនោះទេ។ ពួកគេបានបង្ហាញពីវិធីដើម្បីធ្វើឱ្យ graphene ទទួលយកគុណភាពខាងក្នុងទៅជាការប្រតិបត្តិដ៏អស្ចារ្យដោយខ្លួនឯង។ មូលហេតុដែលវាពាក់ព័ន្ធខ្លាំងគឺដោយសារតែក្រុមដូចគ្នានេះពីមុនបានសំយោគ graphene superconductors ដោយដាក់ graphene ក្នុងការទំនាក់ទំនងជាមួយលោហធាតុ superconducting ផ្សេងទៀតដែលអនុញ្ញាតឱ្យវាទទួលមរតកនូវឥរិយាបទ superconducting មួយចំនួន ប៉ុន្តែមិនអាចសម្រេចបានដោយប្រើ graphene តែម្នាក់ឯង។ នេះគឺជារបាយការណ៍ដ៏សាមញ្ញមួយ ដោយសារតែសមត្ថភាពចរន្តរបស់ graphene ត្រូវបានគេដឹងមួយរយៈមកហើយ ប៉ុន្តែវាជាលើកទីមួយដែលមិនធ្លាប់មាន ដែលភាពធន់ខ្ពស់របស់ graphene ត្រូវបានសម្រេចដោយមិនបានផ្លាស់ប្តូរ ឬបន្ថែមវត្ថុធាតុផ្សេងទៀតទៅក្នុងវា។ ដូច្នេះ graphene អាចត្រូវបានគេប្រើប្រាស់ដើម្បីធ្វើដូចត្រង់ស៊ីស្ទ័រ។ ឧបករណ៍នៅក្នុងសៀគ្វី superconducting និង superconductivity បង្ហាញដោយ graphene អាចត្រូវបានដាក់បញ្ចូលទៅក្នុងឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកម៉ូលេគុលជាមួយនឹងមុខងារប្រលោមលោក។
នេះនាំយើងត្រលប់ទៅការពិភាក្សាទាំងអស់អំពី superconductors សីតុណ្ហភាពខ្ពស់ ហើយទោះបីជាប្រព័ន្ធនេះនៅតែត្រូវការឱ្យត្រជាក់ដល់ 1.7 អង្សាសេក៏ដោយ ការផលិត និងប្រើប្រាស់ graphene សម្រាប់គម្រោងធំៗមើលទៅអាចសម្រេចបាននៅពេលនេះដោយការស៊ើបអង្កេតលើ superconductivity មិនធម្មតារបស់វា។ មិនដូចសកម្មភាពរបស់ graphene ធម្មតាទេ ទ្រឹស្តីចរន្តចម្បងនៃ superconductivity មិនអាចពន្យល់បានទេ។ សកម្មភាពមិនធម្មតាបែបនេះត្រូវបានគេឃើញនៅក្នុងអុកស៊ីដទង់ដែងដ៏ស្មុគស្មាញហៅថា cuprates ដែលត្រូវបានគេស្គាល់ថាធ្វើចរន្តអគ្គិសនីនៅសីតុណ្ហភាពរហូតដល់ 133 អង្សារសេ និងជាចំណុចផ្តោតនៃការស្រាវជ្រាវអស់រយៈពេលជាច្រើនទសវត្សរ៍មកហើយ។ ទោះបីជាមិនដូច cuprates ទាំងនេះ ប្រព័ន្ធ graphene ជង់គឺសាមញ្ញណាស់ ហើយសម្ភារៈក៏ត្រូវបានយល់កាន់តែច្បាស់ផងដែរ។ មានតែឥឡូវនេះ graphene ត្រូវបានគេរកឃើញថាជា superconductor សុទ្ធ ប៉ុន្តែសម្ភារៈនៅក្នុងខ្លួនវាមានសមត្ថភាពលេចធ្លោជាច្រើនដែលត្រូវបានគេស្គាល់ពីមុន។ ការងារនេះត្រួសត្រាយផ្លូវសម្រាប់តួនាទីកាន់តែរឹងមាំនៃ graphene និងការអភិវឌ្ឍនៃ superconductors សីតុណ្ហភាពខ្ពស់ដែលមិនប៉ះពាល់ដល់បរិស្ថាន និងច្រើនទៀត។ ថាមពល ប្រសិទ្ធភាព និងសំខាន់បំផុត មុខងារនៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ លុបបំបាត់តម្រូវការសម្រាប់ត្រជាក់ថ្លៃ។ នេះអាចធ្វើបដិវត្តការបញ្ជូនថាមពល មេដែកស្រាវជ្រាវ ឧបករណ៍វេជ្ជសាស្ត្រ ជាពិសេសម៉ាស៊ីនស្កេន ហើយពិតជាអាចជួសជុលឡើងវិញពីរបៀបដែលថាមពលត្រូវបានបញ្ជូននៅក្នុងផ្ទះ និងការិយាល័យរបស់យើង។
***
{អ្នកអាចអានឯកសារស្រាវជ្រាវដើមដោយចុចលើតំណ DOI ដែលបានផ្តល់ឱ្យខាងក្រោមនៅក្នុងបញ្ជីប្រភពដែលបានដកស្រង់}
ប្រភព (នានា)
1. Yuan C et al ។ ឆ្នាំ 2018 ធម្មជាតិ។ https://doi.org/10.1038/nature26154
2. Yuan C et al ។ 2018. ភាពអស្ចារ្យមិនធម្មតានៅក្នុង superlattices graphene មុំវេទមន្ត។ ធម្មជាតិ។ https://doi.org/10.1038/nature26160
