‘พัลลาเดียม’ ตัวนำยิ่งยวดที่ทำงานได้ดียิ่งกว่าแม้มีอุณหภูมิสูง

นักวิจัยพบว่าวัสดุโลหะอย่างพัลลาเดียม (Palladium) นั้นสามารถใช้สร้างตัวนำยิ่งยวด (Superconductors) ที่ยังสามารถคงไว้ซึ่งการเป็นตัวนำยิ่งยวดได้แม้จะอยู่ภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงก็ตาม

หนึ่งในคำถามสำคัญของฟิสิกส์ยุคปัจจุบัน คือ ทำอย่างไรที่จะสร้างตัวนำยิ่งยวดที่ทำงานได้ดีที่สุดแม้จะต้องมีสถานะตัวนำยิ่งยวดท่ามกลางอุณหภูมิและแรงกดดันที่สูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในสภาพแวดล้อมของการใช้งาน คำถามนี้นำไปสู่ยุคสมัยของการวิจัยนิกเกิลสำหรับตัวนำยิ่งยวดนั่นเอง

ด้วยการวิจัยและพัฒนาร่วมกันระหว่าง TU Wien และมหาวิททยาลัยในประเทศญี่ปุ่นทำให้พบความเป็นไปได้จากพฤติกรรมของวัสดุหลากหลายชนิดมากกว่าที่เคยรู้ผ่านคอมพิวเตอร์ มันมีสิ่งที่เรียกว่า Goldilocks Zone ซึ่งทำให้ตัวนำยิ่งยวดสามารถทำงานได้เป็นอย่างดี

โดยทั่วไปแล้วในการทำงานที่มีอุณหภูมิสูงตัวนำยิ่งยวดจะทำตัวคล้ายคลึงกับวัสดุนำอื่น ๆ แต่เมื่ออุณหภูมิลดลงมาต่ำว่า ‘อุณหภูมิวิกฤติ’ ทำให้เกิดความแตกต่างอย่างมาก โดยความต้านทานไฟฟ้าจะหายไปหมดสิ้นและจากนั้นจะสามารถนำไฟฟ้าได้โดยไม่เกิดการสูญเสียใด ๆ ข้อจำกัดนี้เองเป็นความแตกต่างระหว่างตัวนำยิ่งยวดและสถานะเหนี่ยวนำของตัวนำทั่วไป

วัตถุดิบหลายชนิดมีสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวดเมื่ออุณหภูมิอยู่เหนือ 0 สัมบูรณ์ (-273.15 องศาเซลเซียส) ในขณะที่วัตถุดิบอื่นคงไว้ซึ่งคุณสมบัตินี้ได้แม้จะมีอุณหภูมิมากกว่า หากมีวัตถุดิบที่สามารถทำงานได้ภายใต้อุณหภูมิห้องและสภาพแวดล้อมความดันปกติจะถือว่าเป็นการปฏิวัติวงการในการสร้าง ส่ง และใช้กระแสไฟฟ้า ซึ่งในปัจจุบันยังไม่มีการค้นพบวัตถุดิบดังกล่าว

ภายใต้เงื่อนไขที่ยุ่งยากซับซ้อนของตัวนำยิ่งยวดนี้ ไม่ว่าจะเป็นคุณามบัติทางเคมีที่แตกต่างกัน การนำไปใช้ในโครงสร้างที่แตกต่างกัน หนึ่งในปัจจัยสำคัญคือความแข็งแรงของปฏิกริยาสำหรับอิเล็กตรอนที่เหมาะสมที่สุดซึ่งเป็น ‘Golden Zone’

ในการค้นหาวัตถุดิบใหม่นี้ทั้งทองแดง นิกเกิล และพัลลาเดียมกลายมาเป็นตัวเลือกที่ถูกใช้งานกันในปัจจุบัน การตอบสนองเหล่านี้เกิดขึ้นได้ด้วยวัสดุที่เรียกว่า ‘พัลลาเดียม’ คุณสมบัติของพัลลาเดียมนั้นคล้ายคลึงกับนิกเกิลแต่อิเล็กตรอนโดยเฉลี่ยจะอยู่ห่างจาก Atomic Nucleus และอยู่ห่างจากกันเอง ทำให้ปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กทรอนิกส์นั้นค่อนข้างอ่อน เมื่อใช้คอมพิวเตอร์คำนวณโมเดลนักวิจัยพบว่าพัลลาเดียมนั้นมีแนวโน้มที่ดีอย่างมากในการใช้งานในสถานะตัวนำยิ่งยวด

ที่มา:
tuwien.at