«ابرجریانی» در دمای اتاق و در یک چگالیده‌ی بوز-انیشتین از شبه‌ذراتی که مگنون نامیده می‌شود شناسایی شده‌ است. به گفته‌ی تیم بین‌المللی از پژوهش‌گران که موفق به مشاهده‌ی این اثر شده‌اند٬ این کار راهی به سوی استفاده از مگنون‌ها در پردازش اطلاعات باز خواهد کرد. با این حال پژوهش‌گران دیگری اعتقاد دارند که این ادعا، ادعایی نارس بوده و استدلال توضیحات نه چندان نویی است که رد نشده‌اند.

عبارت «ابرجریان»٬ جریان بدون مقاومت ذرات باردار در ابررساناها را توصیف می‌کند. این عبارت جریانِ بدون ویسکوزیته ذرات در هلیوم ابرشاره‌ای را نیز توصیف می‌کند. نقطه‌ی مشترک همه‌ی این سیستم‌ها این است که می‌توان آن‌ها را همچون چگالیده‌های بوز-انشتین (BECs) – مجموعه‌ی بوزون‌ها مانند جفت‌های کوپری یا هلیوم ۴ – با یک تک‌تابع موج توصیف کرد.

شارش بدون اصطکاک

در چنان سیستم‌هایی ذرات دائماً و بدون اصطکاک شارش دارند. آن‌چه که باعث می‌شود تا این ذرات حرکت کنند نیروی خارجی نیست – ابرجریان‌ها بدون نیاز به هیچ نیروی واردشده به پیش می‌روند. درعوض این شارش بواسطه‌ی گرادیانی در فاز تابع موج BEC بوجود می‌آید. پیش‌تر تمامی مثال‌هایی که برای ابرجریان‌ها وجود داشته در دماهای برودتی رخ داده‌اند. این بدان دلیل است که حرارت٬ ذرات را به درون حالات کوانتومی بالاتر تحریک کرده و یک BEC را نابود خواهد کرد. دیگر نمی‌توان مجموعه‌ای از ذرات را با یک تک‌تابع موج توصیف کرد که باعث می‌شود پدیده‌های کوانتومی بزرگ‌مقیاسی همچون ابرجریان‌ها را ناممکن می‌سازد.

با این حال در سال ۲۰۰۶ تیمی به رهبری سرگی دموکریتوف (Sergej Demokritov ) از دانشگاه مونستر و برکارد هیلبرادز (Burkard Hillebrands ) از دانشگاه کایزرسلاترن (Kaiserslautern) که هر دو در آلمان مستقرند، به موفقیتی دست یافته‌اند که راهی را برای نتیجه‌ی جدید گزارش شده در اینجا هموار می‌کند. این تیم نشان داده‌اند که ایجاد یک BEC از مگنون‌ها در دمای اتاق امکان‌پذیر است – شبه‌ذراتی که کوانتای امواج الکترون-اسپینی‌اند. برای انجام چنین کاری این پژوهش‌گران فرآیندی موسوم به پمپینگ پارامتریک را به لایه‌‌ای بلوری از گارنت آهن ییتریوم اعمال کرده‌اند- تکنیکی که موجب می‌شود تا مگنون‌ها به درون حالت پایه‌ی بلور تزریق شوند. آن‌ها دریافته‌‌اند که وقتی چگالی مگنون‌‌ها به اندازه‌ی کافی بزرگ باشد مگنون‌‌ها تشکیل یک BEC را می‌دهند.

اثر دمای اتاق

در این پژوهشِ جدید هیلبراند و همکارانش چنان BEC مگنونی را تولید کرده‌ و سپس مرکز آن را با یک لیزر حرارت داده‌اند. پژوهش‌گران با تغییر زمان پالس‌دهی توانسته‌اند تا اختلاف دمایی که بین نقطه‌ی روشن لیزری و مابقی ماده ایجاد کرده‌اند را تغییر دهند. هدف این گرمادهی تحت تاثیر قرار دادن ویژگی‌های ماده و بنابراین فاز تابع موجی است که BEC را نتیجه می‌دهد.

این پژوهش‌گران حرکت مگنون‌ها را بدور از ناحیه گرمادیده مشاهده کرده‌ و دریافتند که اندازه‌ی این جریان با اختلاف دما افزایش می‌یابد. نظریه‌پردازان مدل‌های ریاضی را برای این شارش فراهم کرده‌ و معتقداند که می‌توان آن را تنها با وجود یک ابرجریان مگنونی توضیح داد. به گفته‌ی هیلبرادز: «وقتی برای اولین بار این پدیده را دیدیم درکش نکردیم. خوشبختانه تیمی بسیار خوب با نظریه‌پردازان سطح بالا داریم.»

این محققان پیشنهاد می‌دهند که علاوه بر علاقه‌ی علمی بنیادی٬ این کار به شکل بالقوه به کاربردهای جهان واقعی می‌انجامد. آن‌ها می‌گویند که دری را به سوی استفاده از مگنون‌های دمای اتاق به منظور ذخیره و پردازش اطلاعات باز کرده‌اند. به گفته‌ی هیلبرادز: «حال اگر ما بتوانیم این پدیده را به درون قطعه‌ای حرکت دهیم که در آن یک حالت کوانتومی بزرگ‌مقیاس بتواند استفاده شود٬ برای آینده بسیار امیدبخش خواهد بود. این کار در ابتدای راه است – من نمی‌توانم درحال حاضر قول یک قطعه را بدهم اما مطمئناً بدنبال این زمینه‌ی جدید بودن بسیار ارزشمند است.»

شواهد کافی وجود دارد؟

با این حال دموکریتف (که در سال ۲۰۰۶ درگیر این موضوع بوده اما در این پژوهش اخیر سهمی نداشته است) به اینکه این پژوهش‌گران واقعاً یک ابرجریان را مشاهده کرده باشند شک دارد. او معتقد است که آن‌ها شواهد کافی دال بر اینکه این شارش بسادگی دراثر پمپینگ پارامتریک به سیستم انرژی اضافه می‌کند٬ ندارند. او مثال همزن مغناطیسی را می‌آورد که در آن یک میدان مغناطیسی چرخنده میله‌ای را برای چرخش یک سیال می‌چرخاند. «اگر به این وسیله نگاه کنید می‌بینید که سیال دائماً در حال چرخش است و ممکن است بگویید که ابرشارگی را در دمای اتاق داشته‌اید. البته این قطعاً نمی‌تواند موردی باشد که با آن روبرو هستیم چون در این مثال انرژی از طریق میدان مغناطیسی چرخنده در زیر شیشه به سیستم وارد می‌شود. متاسفانه میترسم موردی که در این جا با آن روبرو هستیم مصداقی برای این مثال باشد».

دموکریتوف همچنین ادعا دارد که تیمش شواهد تجربی بهتری دال بر ابرجریان نسبت به شواهدی که توسط هیلبرادز و همکارانش گزارش شده داشته است. گزارش وی و همکارانش در سال ۲۰۱۲ در مجله‌ی گزارش‌های علمی ارائه شده است. وی می‌گوید: «ما آن چنان شجاع نبودیم که آن را یک ابرجریان بنامیم چون موضوع اتلاف هنوز جای بحث دارد».

دموکریتف تنها کسی نیست که به دیده‌ی شک به این پژوهش می‌نگرد. در ماه جولای ادوارد سونین (Edouard Sonin) فیزیک‌دانی از دانشگاه عبری اورشلیم نظری را بر سرور پیش‌چاپ arXiv در پاسخ به مقاله‌ی هیلبراندز و همکارانش منتشر کرده است که پیش‌چاپی از آن اولین بار به ArXiv فرستاده شده است. او نوشته است که پیش‌چاپ آن‌‌ها «شواهد متقاعدکننده‌ای از ابرجریان اسپینی را فراهم نکرده» و نویسندگان آن نه معیار وجود یک ابرجریان اسپینی در لایه‌های نازک مغناطیسی ییتریوم-آهن-گارنت را بررسی کرده‌اند و نه این موضوع را مورد بحث قرار داده‌اند که «سناریوهای طبیعی بیشتری» وجود دارد که حاکی از آتن است که انتقال اسپینی در آزمایش آن‌‌ها به شکل محض در نتیجه‌ی اتلاف بوده است.

هیلبراندز ادامه می‌دهد که فرآیندهای اتلاف مگنون به درستی قادر به توضیح پدیده‌ای که گروه او مشاهده کرده‌اند نیست اگرچه او تصدیق می‌کند که آن‌‌‌ها «هنوز نیاز دارند تا اثبات کنند» که این شارش کاملاجدای از اتلاف است.

این پژوهش در مجله فیزیک نیچر انتشار یافته است.     

درباره‌ی نویسنده:

تیم وگان نویسنده‌ای علمی از انگلستان است.

منبع:

First ever supercurrent observed at room temperature