ການສຶກສາພື້ນຖານທີ່ຜ່ານມາໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄຸນສົມບັດທີ່ເປັນເອກະລັກຂອງ graphene ວັດສະດຸສໍາລັບຄວາມເປັນໄປໄດ້ໃນໄລຍະຍາວຂອງການພັດທະນາ superconductors ປະຫຍັດແລະປະຕິບັດໃນການປະຕິບັດ.
A superconductor is a material which can conduct (transmit) ໄຟຟ້າ without resistance. This resistance is defined as some loss of ພະລັງງານ which occurs during the process. So, any material becomes superconductive when it is able to conduct electricity, at that particular ‘ອຸນຫະພູມ’ or condition, without release of heat, sound or any other form of energy. Superconductors are 100 percent efficient but most materials require to be in an extremely low ພະລັງງານ state in order to become superconductive, which means that they have to be very cold. Most superconductors need to be cooled with liquid helium to very low temperature of about -270 degrees Celsius. Thus any superconducting application is generally coupled with some sort of active or passive cryogenic/low temperature cooling. This cooling procedure requires an excessive amount of energy in itself and liquid helium is not only very expensive but also non-renewable. Therefore, most conventional or “low temperature” superconductors are inefficient, have their limits, are uneconomical, expensive and impractical for large scale use.
superconductors ອຸນຫະພູມສູງ
ພາກສະຫນາມຂອງ superconductors ໄດ້ກ້າວກະໂດດຢ່າງໃຫຍ່ຫຼວງໃນກາງຊຸມປີ 1980 ເມື່ອສານປະສົມທອງແດງອອກໄຊໄດ້ຖືກຄົ້ນພົບເຊິ່ງສາມາດນໍາ superconduct ໄດ້ຢູ່ທີ່ -238 ອົງສາເຊນຊຽດ. ອັນນີ້ຍັງເຢັນຢູ່, ແຕ່ຄວາມອົບອຸ່ນຫຼາຍກວ່າອຸນຫະພູມ helium ຂອງແຫຼວ. ອັນນີ້ແມ່ນເອີ້ນວ່າ "ຕົວນໍາຄວາມຮ້ອນສູງ" (HTC) ທໍາອິດທີ່ຄົ້ນພົບ, ຊະນະລາງວັນໂນແບລ, ເຖິງແມ່ນວ່າ "ສູງ" ພຽງແຕ່ໃນຄວາມຮູ້ສຶກທີ່ຂ້ອນຂ້າງຫຼາຍ. ດັ່ງນັ້ນ, ມັນເກີດຂື້ນກັບນັກວິທະຍາສາດທີ່ພວກເຂົາສາມາດສຸມໃສ່ການຄົ້ນຫາ superconductors ໃນທີ່ສຸດ, ໃຫ້ເວົ້າວ່າດ້ວຍໄນໂຕຣເຈນຂອງແຫຼວ (-196 ° C) ມີບວກກັບມັນມີຢູ່ໃນຈໍານວນຫລາຍແລະລາຄາຖືກ. superconductors ອຸນຫະພູມສູງຍັງມີຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ຕ້ອງການພາກສະຫນາມແມ່ເຫຼັກສູງຫຼາຍ. ຄູ່ຮ່ວມງານທີ່ມີອຸນຫະພູມຕ່ໍາຂອງພວກເຂົາຢຸດເຮັດວຽກຢູ່ທີ່ປະມານ 23 teslas (tesla ແມ່ນຫນ່ວຍງານຂອງຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງສະຫນາມແມ່ເຫຼັກ) ດັ່ງນັ້ນພວກເຂົາບໍ່ສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອເຮັດໃຫ້ແມ່ເຫຼັກທີ່ເຂັ້ມແຂງກວ່າ. ແຕ່ອຸປະກອນການນຳເອົານ້ຳຊຸບທີ່ມີຄວາມຮ້ອນສູງສາມາດເຮັດວຽກໄດ້ຫຼາຍກວ່າສອງເທົ່າຂອງພາກສະຫນາມນັ້ນ, ແລະອາດຈະສູງກວ່າ. ເນື່ອງຈາກ superconductors ສ້າງສະຫນາມແມ່ເຫຼັກຂະຫນາດໃຫຍ່, ພວກມັນເປັນອົງປະກອບທີ່ສໍາຄັນໃນເຄື່ອງສະແກນແລະລົດໄຟ levitating. ຕົວຢ່າງເຊັ່ນ, MRI ໃນມື້ນີ້ (ພາບສະທ້ອນແມ່ເຫຼັກ) ແມ່ນເຕັກນິກທີ່ນໍາໃຊ້ຄຸນນະພາບນີ້ເພື່ອເບິ່ງແລະສຶກສາອຸປະກອນ, ພະຍາດແລະໂມເລກຸນສະລັບສັບຊ້ອນໃນຮ່າງກາຍ. ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກອື່ນໆປະກອບມີການເກັບຮັກສາໄຟຟ້າຂະຫນາດຕາຂ່າຍໄຟຟ້າໂດຍການມີສາຍໄຟຟ້າປະສິດທິພາບ (ຕົວຢ່າງເຊັ່ນ, ສາຍ superconducting ສາມາດສະຫນອງພະລັງງານ 10 ເທົ່າຂອງສາຍ cooper ຂະຫນາດດຽວກັນ), ເຄື່ອງກໍາເນີດພະລັງງານລົມແລະຍັງ supercomputers. ອຸປະກອນທີ່ມີຄວາມສາມາດໃນການເກັບຮັກສາ. ພະລັງງານສໍາລັບລ້ານປີສາມາດຖືກສ້າງຂື້ນດ້ວຍ superconductors.
ປະຈຸບັນ superconductors ອຸນຫະພູມສູງມີຂໍ້ຈໍາກັດແລະສິ່ງທ້າທາຍຂອງຕົນເອງ. ນອກເຫນືອຈາກລາຄາແພງຫຼາຍຍ້ອນການຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີອຸປະກອນເຮັດຄວາມເຢັນ, superconductors ເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນເຮັດດ້ວຍວັດສະດຸທີ່ແຕກຫັກແລະບໍ່ແມ່ນຮູບຊົງງ່າຍດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງບໍ່ສາມາດໃຊ້ສາຍໄຟຟ້າໄດ້. ວັດສະດຸດັ່ງກ່າວຍັງອາດຈະບໍ່ຄົງທີ່ທາງເຄມີໃນສະພາບແວດລ້ອມສະເພາະໃດຫນຶ່ງແລະມີຄວາມອ່ອນໄຫວທີ່ສຸດຕໍ່ກັບ impurities ຈາກບັນຍາກາດແລະນ້ໍາແລະດັ່ງນັ້ນມັນຕ້ອງໄດ້ຮັບການຫຸ້ມຫໍ່ໂດຍທົ່ວໄປ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ມີພຽງແຕ່ກະແສໄຟຟ້າສູງສຸດທີ່ວັດສະດຸ superconducting ສາມາດປະຕິບັດໄດ້ແລະສູງກວ່າຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງປະຈຸບັນທີ່ສໍາຄັນ, superconductivity ທໍາລາຍການຈໍາກັດໃນປະຈຸບັນ. ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍອັນໃຫຍ່ຫຼວງແລະການບໍ່ປະຕິບັດໄດ້ເປັນການກີດຂວາງການນໍາໃຊ້ຕົວນໍາຊຸບເປີຕົວນໍາທີ່ດີໂດຍສະເພາະແມ່ນໃນປະເທດທີ່ພັດທະນາ. ວິສະວະກອນ, ໃນຈິນຕະນາການຂອງເຂົາເຈົ້າ, ຕ້ອງການຢ່າງແທ້ຈິງ, ອ່ອນ, malleable, superconductor ferromagnetic ທີ່ impervious ກັບ impurities ຫຼືນໍາໃຊ້ໃນປະຈຸບັນແລະພາກສະຫນາມແມ່ເຫຼັກ. ຂໍຫຼາຍເກີນໄປ!
Graphene ອາດຈະເປັນມັນ!
ເງື່ອນໄຂສູນກາງຂອງ superconductor ທີ່ປະສົບຜົນສໍາເລັດແມ່ນການຊອກຫາອຸນຫະພູມສູງ superconductor, ສະຖານະການທີ່ເຫມາະສົມແມ່ນອຸນຫະພູມຫ້ອງ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ວັດສະດຸໃຫມ່ຍັງມີຈໍາກັດແລະມີຄວາມທ້າທາຍຫຼາຍທີ່ຈະເຮັດ. ຍັງມີການຮຽນຮູ້ຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໃນຂົງເຂດນີ້ກ່ຽວກັບວິທີການທີ່ແນ່ນອນຂອງ superconductors ອຸນຫະພູມສູງເຫຼົ່ານີ້ຮັບຮອງເອົາແລະວິທີທີ່ນັກວິທະຍາສາດສາມາດມາຮອດການອອກແບບໃຫມ່ທີ່ປະຕິບັດໄດ້. ຫນຶ່ງໃນລັກສະນະທີ່ທ້າທາຍໃນ superconductors ອຸນຫະພູມສູງແມ່ນວ່າມັນເຂົ້າໃຈບໍ່ດີຫຼາຍສິ່ງທີ່ຈະຊ່ວຍໃຫ້ເອເລັກໂຕຣນິກໃນອຸປະກອນການຈັບຄູ່. ໃນການສຶກສາທີ່ຜ່ານມາມັນໄດ້ຖືກສະແດງໃຫ້ເຫັນຄັ້ງທໍາອິດວ່າອຸປະກອນການ graphene ມີຄຸນນະພາບຂອງຕົວນໍາ superconducting ພາຍໃນແລະພວກເຮົາກໍ່ສາມາດເຮັດໃຫ້ເປັນ superconductor graphene ຢູ່ໃນສະພາບທໍາມະຊາດຂອງວັດສະດຸຂອງຕົນເອງ. Graphene, ເປັນວັດສະດຸທີ່ມີຄາບອນບໍລິສຸດ, ໄດ້ຖືກຄົ້ນພົບພຽງແຕ່ໃນປີ 2004 ແລະເປັນວັດສະດຸບາງທີ່ສຸດທີ່ຮູ້ຈັກ. ມັນຍັງມີຄວາມສະຫວ່າງແລະມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນດ້ວຍແຕ່ລະແຜ່ນປະກອບດ້ວຍປະລໍາມະນູຄາບອນຈັດລຽງເປັນຫົກຫລ່ຽມ. ມັນໄດ້ຖືກເຫັນວ່າມີຄວາມເຂັ້ມແຂງກວ່າເຫຼັກກ້າແລະມັນສະແດງອອກເຖິງການນໍາໄຟຟ້າທີ່ດີກວ່າເມື່ອທຽບກັບທອງແດງ. ດັ່ງນັ້ນ, ມັນເປັນອຸປະກອນຫຼາຍມິຕິທີ່ມີຄຸນສົມບັດທີ່ໂດດເດັ່ນເຫຼົ່ານີ້.
ນັກຟີຊິກທີ່ສະຖາບັນເທັກໂນໂລຍີ Massachusetts ແລະມະຫາວິທະຍາໄລ Harvard, ສະຫະລັດອາເມລິກາ, ເຊິ່ງວຽກງານຂອງມັນຖືກຕີພິມໃນສອງເອກະສານ.1,2 in ລັກສະນະ, ໄດ້ລາຍງານວ່າພວກເຂົາສາມາດປັບ graphene ວັດສະດຸເພື່ອສະແດງໃຫ້ເຫັນສອງພຶດຕິກໍາໄຟຟ້າທີ່ຮຸນແຮງ - ເປັນ insulator ທີ່ມັນບໍ່ອະນຸຍາດໃຫ້ກະແສໄຟຟ້າຜ່ານແລະເປັນ superconductor ທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ປະຈຸບັນຜ່ານໂດຍບໍ່ມີການຕໍ່ຕ້ານໃດໆ. "superlattice" ຂອງສອງແຜ່ນ graphene ໄດ້ຖືກສ້າງຂື້ນຊ້ອນກັນ rotated ເລັກນ້ອຍໃນ "ມຸມ magic" ຂອງ 1.1 ອົງສາ. ການຈັດຮູບແບບຂອງ Honeycomb hexagonal overlaying ໂດຍສະເພາະນີ້ແມ່ນເຮັດເພື່ອເຮັດໃຫ້ເກີດ "ການພົວພັນກັນຢ່າງແຂງແຮງ" ລະຫວ່າງເອເລັກໂຕຣນິກໃນແຜ່ນ graphene. ແລະນີ້ເກີດຂຶ້ນຍ້ອນວ່າ graphene ສາມາດດໍາເນີນການໄຟຟ້າທີ່ມີຄວາມຕ້ານທານສູນໃນ "ມຸມ magic" ນີ້ໃນຂະນະທີ່ການຈັດວາງ stacked ອື່ນໆເກັບຮັກສາ graphene ເປັນທີ່ແຕກຕ່າງກັນແລະບໍ່ມີປະຕິສໍາພັນກັບຊັ້ນໃກ້ຄຽງ. ພວກເຂົາເຈົ້າໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວິທີການເຮັດໃຫ້ graphene ຮັບຮອງເອົາຄຸນນະພາບພາຍໃນເພື່ອ super conduct ດ້ວຍຕົວຂອງມັນເອງ. ເປັນຫຍັງເລື່ອງນີ້ມີຄວາມກ່ຽວຂ້ອງສູງເພາະວ່າ, ກຸ່ມດຽວກັນໄດ້ສັງເຄາະ graphene superconductors ໃນເມື່ອກ່ອນໂດຍການວາງ graphene ຕິດຕໍ່ກັບໂລຫະ superconducting ອື່ນໆທີ່ເຮັດໃຫ້ມັນສາມາດສືບທອດພຶດຕິກໍາ superconducting ບາງຢ່າງແຕ່ບໍ່ສາມາດບັນລຸໄດ້ດ້ວຍ graphene ຢ່າງດຽວ. ນີ້ແມ່ນບົດລາຍງານທີ່ໂດດເດັ່ນເພາະວ່າຄວາມສາມາດໃນການນໍາຕົວຂອງ graphene ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກມາໄລຍະຫນຶ່ງແຕ່ວ່າມັນເປັນຄັ້ງທໍາອິດທີ່ superconductivity ຂອງ graphene ບັນລຸໄດ້ໂດຍບໍ່ມີການປ່ຽນແປງຫຼືເພີ່ມວັດສະດຸອື່ນໆ. ດັ່ງນັ້ນ, graphene ສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອສ້າງເປັນ transistor. ອຸປະກອນໃນວົງຈອນ superconducting ແລະ superconductivity ສະແດງອອກໂດຍ graphene ສາມາດໄດ້ຮັບການລວມເຂົ້າໃນອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກໂມເລກຸນທີ່ມີການທໍາງານໃຫມ່.
This brings us back to all the talk on high-temperature superconductors and though this system still needed to be cooled to 1.7 degrees Celsius, producing and using graphene for large projects looks achievable now by investigating its unconventional superconductivity. Unlike conventional superconductors graphene’s activity cannot be explained by the mainstream theory of superconductivity. Such unconventional activity has been seen in complex copper oxides called cuprates, known to conduct electricity at up to 133 degrees Celsius, and has been the focus of research for multiple decades. Though, unlike these cuprates, a stacked graphene system is quite simple and the material is also understood better. Only now graphene has been discovered as a pure superconductor, but the material in itself has many outstanding capabilities which are previously known. This work paves way for a stronger role of graphene and development of high-temperature superconductors that are environment-friendly and more ພະລັງງານ efficient and most importantlyfunction at room temperature eliminating the need for expensive cooling. This could revolutionize energy transmission, research magnets, medical devices especially scanners and could really overhaul how energy is transmitted in our homes and offices.
***
{ທ່ານສາມາດອ່ານເອກະສານການຄົ້ນຄວ້າຕົ້ນສະບັບໄດ້ໂດຍການຄລິກທີ່ລິ້ງ DOI ທີ່ໃຫ້ໄວ້ຂ້າງລຸ່ມນີ້ໃນລາຍຊື່ແຫຼ່ງທີ່ອ້າງອີງ}
ແຫຼ່ງຂໍ້ມູນ (s)
1. ຢວນ C et al. 2018. Correlated insulator behavior at half-filling in magic-angle graphene superlattices. ທໍາມະຊາດ. https://doi.org/10.1038/nature26154
2. ຢວນ C et al. 2018. ອັດສະລິຍະພິເສດທີ່ບໍ່ທຳມະດາໃນ magic-angle graphene superlattices. ທໍາມະຊາດ. https://doi.org/10.1038/nature26160
