รีดในส่วนผสม

นักฟิสิกส์ Johnpierre Paglione ทำงานในครัวต่างๆ: เขาปั่นส่วนผสมได้อย่างแม่นยำ อุ่นส่วนผสมให้ร้อนจนถึงอุณหภูมิที่เหมาะสม และทำให้เย็นลงเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่สมบูรณ์แบบ แต่แทนที่จะใช้เฉพาะส่วนผสมที่กินได้ สูตรอาหารของเขาเรียกสารเคมีที่เป็นพิษ เช่น สารหนู และโลหะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งธาตุเหล็ก เตาอบของเขาซึ่งวางเรียงตามชั้นวางในห้องแล็บของเขาที่มหาวิทยาลัยแมริแลนด์ในคอลเลจพาร์ค มีอุณหภูมิถึง 1,700Ë องศาเซลเซียส ก่อนที่เขาจะค่อยๆ ปรุงส่วนผสมให้เย็นลงอย่างระมัดระวังเป็นเวลาหลายวันหรือหลายสัปดาห์ เมื่อเวลาหมดลง ก้อนกรวดสีเงินสีดำก็โผล่ออกมาซึ่งมีพื้นผิวเรียบและเป็นมันเงาอยู่ชิ้นหนึ่ง

ตัวนำยิ่งยวดที่เป็นเหล็กถูกสร้างขึ้นด้วยชั้นต่างๆ ที่แสดง ได้แก่ ธาตุเหล็ก (สีแดง) สารหนู (สีม่วง) และแบเรียม (เทอร์ควอยซ์)

อี. เฟลิเซียโน

สารประกอบที่มีธาตุเหล็กบางชนิดเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิค่อนข้างสูง

J. PAGLIONE

หลังจากทำสารประกอบที่มีธาตุเหล็กแล้ว Johnpierre Paglione ใช้ตู้เย็นแปลก ๆ (ตามภาพ) เพื่อทำให้เย็นลง

BRIAN STRAUGHN ได้รับความอนุเคราะห์จาก J. PAGLIONE

เกี่ยวกับแม่เหล็ก นักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อว่าการสลายตัวของคุณสมบัติที่เรียกว่า antiferromagnetism 

อาจมีบทบาทสำคัญในการนำไฟฟ้ายิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง 

ในวัสดุต้านสนามแม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็กของอะตอมแต่ละอะตอมจะเรียงกันเป็นแนวสลับกัน (บนสุด) การเปลี่ยนแปลงของสารประกอบที่มีธาตุเหล็กหลายชนิด (ด้านล่าง) จากสถานะต้านแม่เหล็กไปเป็นสถานะตัวนำยิ่งยวด

ที่มา: J. PAGLIONE และ R. GREENE/NATURE PHYSICS 2010

กรวดที่สร้างขึ้นใหม่นี้เป็นตัวนำยิ่งยวด ซึ่งเป็นวัสดุที่ส่งกระแสไฟฟ้าด้วยประสิทธิภาพที่สมบูรณ์แบบโดยพื้นฐานแล้ว ท้าทายความต้านทานที่ทำให้อิเล็กตรอนช้าลง เนื่องจากก้อนกรวดของ Paglione รวมธาตุเหล็กไว้ในโครงสร้างโมเลกุล มันจึงเป็นสมาชิกของวัสดุประเภทใหม่ที่เรียกว่าตัวนำยิ่งยวดที่มีธาตุเหล็ก วัสดุเหล่านี้ ซึ่งค้นพบในปี 2008 ทำงานที่อุณหภูมิสูงถึง −218Ë องศาเซลเซียส หรือ 55 เคลวิน (องศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์) แม้ว่าจะฟังดูค่อนข้างเย็น แต่ตัวนำยิ่งยวดแบบธรรมดาจะต้องถูกทำให้เย็นลงภายในสองสามองศาของศูนย์สัมบูรณ์ มีเพียงตัวนำยิ่งยวดทองแดงออกไซด์เท่านั้นที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่าตระกูลที่มีธาตุเหล็ก และทั้งสองกลุ่มรวมกันเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง

นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามค้นหาวิธีการทำงานของตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงตั้งแต่พบว่าคอปเปอร์ออกไซด์หรือคัปเปอร์เรตมีการไหลที่ปราศจากความต้านทานในปี 1986 ตอนนี้ แม้แต่ cuprate ที่มีแนวโน้มมากที่สุดก็ต้องถูกทำให้เย็นลงเหลือประมาณ 138 เคลวิน แม้ว่าไนโตรเจนเหลวจะได้รับวัสดุที่เย็นจัดได้ค่อนข้างง่าย แต่ก็ยากที่จะขึ้นรูปเป็นลวดได้

ด้วยตระกูลเหล็กใหม่ในที่เกิดเหตุ นักวิทยาศาสตร์อาจสามารถระบุสิ่งที่ทำให้ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงเกิดรอยขีด ซึ่งนำไปสู่วัสดุใหม่ที่ง่ายต่อการใช้งานหรือทำงานที่อุณหภูมิสูงขึ้นไปอีก และในที่สุด ศักยภาพในชีวิตประจำวันของสายส่งไฟฟ้าที่มีความต้านทานเป็นศูนย์และรถไฟแม่เหล็กที่ลอยได้ในที่สุดก็สามารถรับรู้ได้ในที่สุด

นักฟิสิกส์ Paul Canfield จาก Iowa State University ในเมือง Ames และกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ กล่าวว่า “สนามนี้รู้สึกโล่ง ตื่นเต้น และมองโลกในแง่ดีอย่างมาก เนื่องจากเราไม่ได้ถูกจำกัดให้ ‘เป็นแค่คอปเปอร์ออกไซด์ เป็นเพียงสารหนูเหล็ก’ ห้องปฏิบัติการเอมส์ “อาจเป็นไปได้ว่าถ้าเราสามารถค้นหาว่าวัสดุทั้งสองประเภทที่แตกต่างกันมากมีอะไรคล้ายกัน เราอาจสามารถสรุปและค้นหาวัสดุอื่นที่อาจมีคุณสมบัติที่มีแนวโน้มมากกว่า”

มีการเผยแพร่เอกสารหลายพันฉบับเกี่ยวกับตัวนำยิ่งยวดที่มีธาตุเหล็กตั้งแต่ค้นพบ ในช่วงปี 2552 เอกสารมีค่าเฉลี่ย 2.5 ต่อวัน การวิจัยที่ท่วมท้นครั้งนี้เผยให้เห็นถึงความแตกต่างในการจับคู่อิเล็กตรอนใน cuprates และในสารประกอบที่มีธาตุเหล็ก แต่ยังมีความคล้ายคลึงกันที่โดดเด่นในคุณสมบัติแม่เหล็กของครอบครัว การค้นพบนี้ทำให้นักฟิสิกส์สงสัยว่าพวกเขาได้พบกุญแจสำคัญในการนำไฟฟ้ายิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงหรือไม่

แนะนำ : เคล็ดลับต่างๆ | เว็บรวมวิธีต่างๆ How to | จัดอันดับซีรีย์ | รีวิวครีม