تصور کنید دنیایی که در آن انتقال انرژی بدون هیچ گونه اتلافی انجام شود یا کامپیوترهای کوانتومی با سرعت بی سابقه‌ای محاسبات را انجام دهند. این رویا با پیشرفت‌های جدید در مهندسی نانومقیاس تنگستن دی‌سلنید (Tungsten Diselenide) یک قدم به واقعیت نزدیکتر شده است. محققان دانشگاه کلمبیا اخیراً کشف کرده‌اند که این ماده دوبعدی میتواند بعنوان یک ابررسانا عمل کند، ویژگی‌ای که میتواند آینده تکنولوژی‌های پیشرفته را متحول کند. در این مقاله، آگاهی بخش به بررسی این پیشرفت‌ها، ارتباط آن‌ها با ابررساناها، و تأثیراتشان بر علم و صنعت میپردازیم.
تنگستن دی‌سلنید چیست؟
تنگستن دی‌سلنید (WSe₂) یک ماده دوبعدی از خانواده دی‌کالکوژنیدهای فلزی گذرا است که به دلیل خواص الکتریکی و ساختاری منحصربفردش مورد توجه قرار گرفته است. این ماده، مشابه گرافن، به‌صورت لایه‌های نازک (در حد چند اتم) وجود دارد و میتواند در مقیاس نانو مهندسی شود. ویژگی کلیدی آن، توانایی تبدیل شدن به یک ابررسانا در شرایط خاص است، یعنی ماده‌ای که جریان الکتریکی را بدون مقاومت منتقل می‌کند.
مقایسه سه کیبورد محبوب گوگل (Gboard)، سامسونگ و اپل: کدام کیبورد برای شما مناسبتر است؟
تاریخچه ابررساناها: از کشف تا امروز
ابررسانایی پدیده‌ای است که در آن برخی مواد در دماهای بسیار پایین، مقاومت الکتریکی خود را بطور کامل از دست میدهند. این پدیده اولین بار در سال ۱۹۱۱ توسط هیک کامرلینگ اونس، فیزیکدان هلندی، کشف شد. او دریافت که جیوه در دمای نزدیک به صفر مطلق (حدود ۴.۲ کلوین) به یک ابررسانا تبدیل می‌شود. این کشف، جایزه نوبل فیزیک سال ۱۹۱۳ را برای او به ارمغان آورد.
در دهه‌های بعد، دانشمندان مواد جدیدی مانند نیوبیوم و سرامیک‌های خاص را کشف کردند که در دماهای بالاتر (تا حدود ۱۳۰ کلوین) ابررسانا می‌شوند. این مواد به نام ابررساناهای دمای بالا شناخته می‌شوند، اگرچه همچنان نیاز به سرمایش قوی دارند. در سال‌های اخیر، تمرکز بر مواد دوبعدی مانند گرافن و تنگستن دی‌سلنید افزایش یافته است، زیرا این مواد می‌توانند ابررسانایی را در مقیاس نانو و با هزینه کمتر فراهم کنند.
امروزه، پیشرفت‌های جدید در مهندسی نانومقیاس، مانند آنچه در مورد تنگستن دی‌سلنید شاهد هستیم، نویدبخش تولید ابررساناهایی است که در دماهای بالاتر و با کاربردهای عملی‌تر کار کنند. این تحولات، نتیجه بیش از یک قرن تحقیق و نوآوری در علم مواد است.
پیشرفت‌های جدید در نانومهندسی تنگستن دی‌سلنید
طبق مقاله‌ای که در تاریخ ۵ می ۲۰۲۵ منتشر شد و به پژوهش منتشرشده در ژورنال Nature ارجاع داده است، تیمی از دانشگاه کلمبیا موفق شده‌اند با استفاده از تکنیک‌های نانومهندسی، خواص ابررسانایی تنگستن دی‌سلنید را بهبود ببخشند. آن‌ها با تنظیم دقیق ساختار اتمی و استفاده از روش‌های پیشرفته مانند میکروسکوپ تونلی روبشی، توانستند رفتار الکتریکی این ماده را در مقیاس نانو بررسی کنند.
این پژوهش نشان داد که تنگستن دی‌سلنید در دماهای پایین و تحت شرایط خاصی میتواند به یک ابررسانا تبدیل شود. برخلاف ابررساناهای سنتی که نیاز به دماهای بسیار پایین (نزدیک به صفر مطلق) دارند، این ماده پتانسیل کار در دماهای بالاتر را دارد، که میتواند هزینه‌های تولید و کاربرد را به‌شدت کاهش دهد. این کشف، گامی مهم در جهت توسعه ابررساناهای دوبعدی است که می‌توانند در دستگاه‌های نانومقیاس ادغام شوند.
رولکس میلگاس؛ شاهکار متفاوت رولکس
ارتباط تنگستن دی‌سلنید با فناوری ابررساناها
ابررساناها موادی هستند که جریان الکتریکی را بدون اتلاف انرژی منتقل می‌کنند. این ویژگی آن‌ها را برای کاربردهای متنوعی ایده‌آل می‌کند. تنگستن دی‌سلنید به دلیل ساختار دوبعدی‌اش، نسبت به ابررساناهای سنتی مزایای زیر را دارد:
- اندازه کوچک: مناسب برای دستگاه‌های نانومقیاس.
- انعطاف‌پذیری: قابلیت ادغام در تکنولوژی‌های مدرن.
- هزینه کمتر: تولید ساده‌تر در مقایسه با مواد پیچیده‌تر.
این ماده میتواند به‌عنوان یک پلتفرم برای مطالعه و توسعه ابررساناهای پیشرفته عمل کند، به‌ویژه در حوزه‌هایی که نیاز به مواد سبک و کارآمد است.
کاربردهای گسترده تنگستن دی‌سلنید و ابررساناها
پیشرفت‌های اخیر در مهندسی نانومقیاس تنگستن دی‌سلنید، درهای جدیدی را به روی کاربردهای عملی باز کرده است. در ادامه، به برخی از مهم‌ترین کاربردهای این ماده و ابررساناها اشاره می‌کنیم:
۱. انرژی پاک و انتقال کارآمد
ابررساناها می‌توانند خطوط انتقال برق را بدون اتلاف انرژی بهبود دهند. به‌عنوان مثال، در حال حاضر حدود ۵-۱۰٪ انرژی الکتریکی در خطوط انتقال به دلیل مقاومت از دست می‌رود. استفاده از تنگستن دی‌سلنید در سیستم‌های انتقال میتواند این اتلاف را به صفر برساند، که به کاهش هزینه‌ها و اثرات زیست‌محیطی کمک می‌کند.
۲. کامپیوترهای کوانتومی
تنگستن دی‌سلنید میتواند در ساخت کیوبیت‌ها (واحدهای پایه کامپیوترهای کوانتومی) نقش داشته باشد. ابررساناها به دلیل توانایی انتقال جریان بدون مقاومت، برای ایجاد مدارهای کوانتومی پایدار و سریع ضروری هستند. این ماده میتواند به توسعه کامپیوترهای کوانتومی با مصرف انرژی کمتر و سرعت بالاتر کمک کند.
۳. پزشکی پیشرفته
ابررساناها در دستگاه‌های تصویربرداری مانند MRI (تصویربرداری تشدید مغناطیسی) استفاده می‌شوند. تنگستن دی‌سلنید میتواند هزینه تولید این دستگاه‌ها را کاهش دهد و آن‌ها را در دسترس‌تر کند، به‌ویژه در کشورهای در حال توسعه.
۴. صنعت الکترونیک
این ماده میتواند در تولید تراشه‌های کم‌مصرف برای گوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها و سرورها استفاده شود. تراشه‌های مبتنی بر ابررساناها می‌توانند سرعت پردازش را افزایش دهند و مصرف انرژی را کاهش دهند، که در دنیای دیجیتال امروزی اهمیت زیادی دارد.
۵. حمل‌ونقل پیشرفته
ابررساناها در توسعه قطارهای مگلو (قطارهای معلق مغناطیسی) کاربرد دارند که با سرعت بالا و مصرف انرژی کم حرکت می‌کنند. تنگستن دی‌سلنید میتواند این فناوری را مقرون‌به‌صرفه‌تر کند.
۶. تحقیقات علمی
تنگستن دی‌سلنید به‌عنوان یک ماده دوبعدی، ابزاری قدرتمند برای مطالعه خواص کوانتومی و رفتار مواد در مقیاس نانو فراهم می‌کند. این ماده میتواند به دانشمندان کمک کند تا پدیده‌های پیچیده مانند توپولوژی کوانتومی را بهتر درک کنند.
چالش‌ها و گام‌های بعدی
با وجود این پیشرفت‌ها، هنوز موانعی وجود دارد:
- دمای عملیاتی: اگرچه تنگستن دی‌سلنید نسبت به ابررساناهای قدیمی در دماهای بالاتری کار می‌کند، اما هنوز به سرمایش خاصی نیاز دارد.
- مقیاس‌پذیری: تولید این ماده در مقیاس صنعتی همچنان چالش برانگیز است.
- هزینه‌های تحقیقاتی: توسعه فناوری‌های مرتبط نیاز به سرمایه‌گذاری کلان دارد.
محققان در حال بررسی راه‌هایی برای افزایش دمای عملیاتی و ساده سازی فرآیند تولید هستند. انتظار می‌رود در دهه آینده، این ماده به یکی از ستون‌های اصلی فناوری‌های پیشرفته تبدیل شود.
۵ روش آسان برای بهبود فوری صدای ساندبار 1404
جهان در حال حرکت به سمت تکنولوژی‌های پایدار و کارآمد است. پیشرفت‌های جدید در مهندسی نانومقیاس تنگستن دی‌سلنید میتواند نقش کلیدی در این تحول ایفا کند. از کاهش اثرات زیست‌محیطی گرفته تا باز کردن درهای جدید در محاسبات کوانتومی، این ماده پتانسیل تغییر قواعد بازی را دارد.
جمع بندی
پژوهش های اخیر در مورد تنگستن دی‌سلنید نشاندهنده یک جهش بزرگ در علم مواد و نانوتکنولوژی است. این ماده نه تنها درک ما از ابررساناها را عمیق تر کرده، بلکه راه را برای کاربردهای عملی در دنیای واقعی هموار می‌کند. اگر به دنبال آینده‌ای با انرژی پاک‌تر، تکنولوژی‌های سریع‌تر و دنیایی پیشرفته‌تر هستید، تنگستن دی‌سلنید نامی است که باید به خاطر بسپارید.