نوشته دانشگاه کیوتو، ۳۱ دسامبر ۲۰۲۵، تصویر ابررسانا
یک راز دیرینه پیرامون یک ابررسانای غیرمعمول، چرخشی تعیینکننده داشته است. محققان با اعمال دقیق کرنش برشی به بلورهای فوق نازک روتنات استرانسیم، دریافتند که دمای گذار ابررسانایی آن تقریباً بدون تغییر باقی میماند. منبع: استاک
تحقیقات جدید، درک ما از تقارن پنهان در یک ابررسانای مرموز را افزایش میدهد.
ابررساناها موادی هستند که اجازه میدهند جریان الکتریکی بدون هیچ مقاومتی جریان یابد، خاصیتی که معمولاً فقط در دماهای بسیار پایین ظاهر میشود. در حالی که اکثر ابررساناهای شناخته شده از چارچوبهای نظری تثبیت شده پیروی میکنند، روتنات استرانسیم، Sr₂RuO₄، از زمانی که محققان برای اولین بار رفتار ابررسانایی آن را در سال ۱۹۹۴ شناسایی کردند، توضیح آن همچنان دشوار بوده است.
این ماده به طور گسترده به عنوان یکی از خالصترین و کاملترین نمونههای بررسی شده از ابررسانایی غیرمتعارف در نظر گرفته میشود. با این حال، دانشمندان در مورد ماهیت دقیق جفت شدن الکترونها در Sr₂RuO₄، از جمله تقارن و ساختار داخلی آن، که برای درک چگونگی پیدایش ابررسانایی آن ضروری هستند، به توافق نرسیدهاند.
یکی از راههای مؤثر برای کشف ویژگی یک حالت ابررسانایی، مشاهده چگونگی تغییر دمای شروع ابررسانایی، معروف به Tc، هنگام اعمال کرنش مکانیکی است. کشش، فشردن یا پیچاندن یک کریستال میتواند تفاوتهای مهمی را آشکار کند زیرا حالتهای ابررسانایی متمایز به روشهای منحصر به فردی به این اعوجاجها پاسخ میدهند.
تحقیقات قبلی، به ویژه آنهایی که از تکنیکهای فراصوت استفاده میکردند، به این احتمال اشاره داشتند که Sr₂RuO₄ از یک حالت ابررسانایی دو جزئی پشتیبانی میکند. این شکل پیچیدهتر ابررسانایی میتواند اثرات غیرمعمولی، از جمله میدانهای مغناطیسی داخلی یا وجود چندین ناحیه ابررسانایی در همان ماده را ممکن سازد. با این حال، یکی از ویژگیهای تعیینکننده یک حالت دو جزئی واقعی، حساسیت شدید به کرنش برشی است.
این موضوع الهامبخش تیمی از محققان دانشگاه کیوتو شد تا از کرنش برای درک ماهیت واقعی حالت ابررسانایی Sr₂RuO₄ استفاده کنند. محققان تکنیکی را توسعه دادند که به آنها اجازه میداد سه نوع کرنش برشی متمایز را به بلورهای بسیار نازک Sr₂RuO₄ اعمال کنند. کرنش برشی نوعی اعوجاج است که بخشی از بلور را به پهلو تغییر میدهد، شبیه به لغزش بالای یک دسته کارت نسبت به پایین.سطح کرنش با استفاده از تصویربرداری نوری با وضوح بالا تا دمای 30 درجه کلوین (-243 درجه سانتیگراد) با دقت اندازهگیری شد. کشف کلیدی: دمای ابررسانایی به سختی تغییر کرد. هرگونه تغییر در دمای بحرانی کمتر از 10 میلیکلوین در هر درصد کرنش بود، که عملاً پایینتر از حد تشخیص است.
این نتایج نشان میدهد که کرنش برشی عملاً هیچ تأثیری بر دمایی که در آن Sr₂RuO₄ ابررسانا میشود، ندارد و چندین نظریه پیشنهادی را رد میکند و محدودیتهای دقیقی را برای انواع حالتهای ابررسانایی که هنوز امکانپذیر هستند، تعیین میکند. در عوض، یافتهها به یک حالت ابررسانایی تکجزئی یا شاید حتی غیرمعمولتر، حالتهای ابررسانایی هنوز کشف نشده اشاره دارند که متفاوت از انتظارات نظری متعارف رفتار میکنند.
جوردانو ماتونی، نویسنده اول مقاله، از مرکز تحقیقات دانشگاه کیوتو، میگوید: «مطالعه ما گامی بزرگ در جهت حل یکی از قدیمیترین معماهای فیزیک ماده چگال است.»
این مطالعه، جستجو برای توضیح صحیح چگونگی وقوع ابررسانایی در این ترکیب را دقیقتر میکند. با این حال، یک معما باقی مانده است: اندازهگیریهای اولتراسوند قبلی به وضوح یک اثر قوی مرتبط با برش را نشان دادند، در حالی که اندازهگیریهای کرنش مستقیم جدید این کار را نمیکنند. درک اینکه چرا این دو روش با هم اختلاف نظر دارند، اکنون یک سوال بزرگ و بیپاسخ است.
فراتر از Sr₂RuO₄، تکنیک کنترل کرنش توسعهیافته در این مطالعه میتواند برای سایر ابررساناهایی که رفتار چند جزئی از خود نشان میدهند، مانند UPt₃، و همچنین سایر مواد با گذارهای فاز پیچیده، اعمال شود.
