چاپ مقاله استاد دانشگاه شریف در مجله معتبر نیچر

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، مهدی کارگریان دانشیار دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف موفق به چاپ مقاله خود با عنوان " Superconductivity and a van Hove singularity confined to the surface of a topological semimetal"، " ابررسانایی و تکینگی ون- هوف محدود شده به سطح یک نیم‌فلز توپولوژیک"، در مجله معتبر نیچر شد.

در این پژوهش آمده است ابررسانایی یکی قدیمی‌ترین موضوعات در فیزیک ماده چگال است. کشف آن به سال‌های اول قرن بیستم باز می‌گردد. بارزترین ویژگی یک ابررسانا این است که مقاومت ماده زیر دمایی موسوم به دمای گذار صفر می‌شود. صفرشدن مقاومت ماده انگیزه‌های بسیار زیادی را در طول دهه‌های گذشته برای استفاده از مواد ابررسانا در ترابرد بدون اتلافِ جریان الکتریکی و همچنین ایجاد میدان‌های مغناطیسی بالا ایجاد کرده است.

برای دهه‌های متمادی - از حدود سال ۱۹۱۱ که اولین نمونه ابررسانایی کشف شد تا حدود سال ۲۰۱۰- دو سوال اساسی در مورد ابررسانایی در فیزیک ماده چگال و علم مواد وجود داشته است که پژوهش‌های بسیاری را به خود اختصاص داده است. سوال اول اینکه اساساً دلیل رخداد ابرسانایی – مسئله‌ای موسوم به جفت‌شدگی الکترون‌ها- چیست؟ و سوال دوم اینکه چگونه می‌توان دمای گذار را به حدود دمای اتاق برای کاربرد افزایش داد؟ اما از حدود سال ۲۰۱۰ تا کنون موضوع بسیار مهم دیگری نیز مطرح شده است و آن اینکه برخی از مواد ابررسانا می‌توانند بستر مناسبی برای ذخیره و پردازش اطلاعات کوانتومی باشند. این دسته از مواد ابررسانا که نسبتاً نادر هستند ابررسانای توپولوژیک نام دارند. برای یافتن چنین موادی تاکنون عمده تلاش‌ها بر القای ابررسانا‌های متعارف در نانوسیم‌ها و همچنین فضای بین سطحی دوبعدی متمرکز بوده است. یافتن و سنتز مواد مناسب برای ایجاد چنین ترکیباتی دشوار است.

حال سئوال این است که آیا امکان تحقق ابررسانای توپولوژیک به طور طبیعی در مواد وجود دارد؟ درحالی‌که ابررسانا‌های توپولوژیک در مواد دوبعدی و یا شبه دوبعدی کارایی و شرایط لازم برای محاسبات کوانتومی- توپولوژیک را دارند چالش اساسی این است که عمده مواد در طبیعت سه بعدی بوده و خواص سطح و توده ماده مشابه هم هستند. هدف این مقاله پاسخ به این سئوال است که چگونه می‌توان یک ابررسانای محدود به سطح یک ماده سه بعدی ایجاد کرد که همان خواص ابررسانایِ دوبعدی را داشته باشد. در بخش پژوهش تجربی ماده‌ای معرفی شده است که صرفاً سطح آن ابررسانا است و آنالیز‌های ترابرد و طیف‌سنجی ماهیت دوبعدی آن را نشان می‌دهند. در بخش نظری نشان داده شده است این ابررسانای سطحی می‌تواند دارای گاف انرژی توپولوژیک باشد و گردابه‌های ابررسانایی می‌توانند بستر مناسبی برای طراحی کیوبیت‌های کوانتومی و پردازش اطلاعات باشند.

گفتنی است نتایج این پژوهش که محصول یک همکاری بین‌المللی گروه‌های تجربی و نظری از دانشگاه‌های آمریکا، چین، سوئیس و ایران است در مجله Nature Communication با ضریب تاثیر ۱۴.۷ منتشر شده است.