مواد عایق نیز دارای ابررساناتی هستند
2016,10,08
براساس یک مطالعه مشترک توسط آژانس علوم و فناوری ژاپن ، دانشگاه توکیو و دانشگاه توهوکو ، دانشمندان به موفقیت در ابررسانا در مواد عایق رسیده اند. این مطالعه با استفاده از اثر میدان الکتریکی برای ساختن مواد اصلی عایق پتاسیم تانتالات ، خواص ابررسانا را در دماهای بسیار پایین (0.05k ، حدود -273.1) نشان می دهد و ایده های جدیدی را برای توسعه مواد ابررسانا جدید ارائه می دهد. در زیر ، تجزیه و تحلیل همبستگی مواد عایق معمولی مانند ورق FR4 ، ورق G10 و ورق ABS است:
1. کاربرد و محدودیت مواد عایق سنتی
ورق FR4 ، به عنوان یک لمینت اپوکسی تقویت شده با فیبر شیشه ای ، به دلیل عایق الکتریکی عالی و استحکام مکانیکی ، به طور گسترده در بسترهای صفحه چاپی (PCB) استفاده می شود. با این حال ، فاکتور ثابت و از دست دادن دی الکتریک آن عملکرد خود را در سناریوهای با فرکانس بالا محدود می کند.
ورق G10 شبیه به FR4 است ، اما از استحکام مکانیکی بالاتری برخوردار است و اغلب در عایق ساختارهای پشتیبانی در محیط های شدید مورد استفاده قرار می گیرد. اگرچه این دو ماده در دستگاه های الکترونیکی معمولی عملکرد خوبی دارند ، اما آنها هرگز خواص ابررسانا را نشان نداده اند.
ورق ABS ، به عنوان یک ترموپلاستیک ، از پردازش و عایق بندی خوبی برخوردار است ، اما مقاومت در برابر دمای آن و خاصیت الکتریکی آن به مراتب پایین تر از FR4 و G10 است و بیشتر برای مسکن یا قطعات ساختاری غیر بحرانی استفاده می شود.
2. دستیابی به موفقیت در مواد ابررسانا جدید
تیم تحقیق از اثر میدان الکتریکی برای تشکیل یک ساختار دو لایه برقی بر روی سطح تانتالات پتاسیم (در اصل عایق) برای القاء ابررسانا استفاده کرد. این روش برخلاف فرآیندهای دوپینگ سنتی (مانند مواد ابررسانه ای با درجه حرارت بالا اکسید مس) است و مسیر جدیدی را بدون اصلاح شیمیایی فراهم می کند.
تجزیه و تحلیل تطبیقی: برخلاف موادی مانند FR4 که به اصلاحات فیزیکی متکی هستند (مانند کاهش از بین رفتن دی الکتریک) ، تانتالات پتاسیم از طریق تنظیم ساختار الکترونیکی ، ابررساناتی را به دست می آورد. اگرچه دمای بحرانی آن کم است ، اما امکان تبدیل مواد عایق به ابررسانا را تأیید می کند.
3. روشنگری برای مواد آینده
اکتشاف بالقوه FR4 و G10: در صورت استفاده از فناوری تنظیم میدان الکتریکی مشابه ، ممکن است می توان رفتارهای الکترونیکی کشف نشده را در چنین مواد فعال کرد و حتی با دمای بحرانی بالاتری به حالت ابررسانا دست یافت.
محدودیت های ABS: ساختار آمورف آن و پایداری حرارتی کم ، سازگاری با شرایط شدید مورد نیاز برای تحقیقات ابررسانا را دشوار می کند ، اما می تواند به عنوان یک مورد مقایسه ای برای برجسته کردن منحصر به فرد بودن تانتال پتاسیم استفاده شود.
این دستاورد نه تنها مرزهای تحقیقاتی مواد ابررسانا را گسترش می دهد ، بلکه چشم انداز جدیدی را برای کاربرد نوآورانه مواد سنتی مانند ورق G10 و ورق ABS فراهم می کند. از طریق تنظیم الکترونیکی در سیستم های مواد ، ممکن است محدودیت های فعلی دمای بحرانی ابررسانا در آینده شکسته شود.
