علماء الفيزياء يكتشفون سلوك الموصل الفائق عند درجات حرارة كان يُعتقد في السابق أنها "مستحيلة"

علماء الفيزياء يكتشفون سلوك الموصل الفائق عند درجات حرارة كان يُعتقد في السابق أنها "مستحيلة"

علماء الفيزياء يكتشفون سلوك الموصل الفائق عند درجات حرارة كان يُعتقد في السابق أنها "مستحيلة"

اكتشف العلماء عملية أساسية مطلوبة لحدوث الموصلية الفائقة عند درجات حرارة أعلى مما كان يعتقد من قبل. وقد تكون هذه خطوة صغيرة ولكنها مهمة في البحث عن أحد "الكؤوس المقدسة" في الفيزياء، وهو الموصل الفائق الذي يعمل عند درجة حرارة الغرفة.

يكشف الاكتشاف، الذي تم داخل مادة غير متوقعة هي العازل الكهربائي، عن اقتران الإلكترونات عند درجات حرارة تصل إلى 190 درجة فهرنهايت تحت الصفر (123 درجة مئوية تحت الصفر) – وهو أحد المكونات السرية لتدفق الكهرباء دون فقدان أي طاقة تقريبًا في المواد الفائقة الموصلية شديدة البرودة.

علوم.

وقال المؤلف المشارك في الدراسة كي جون شو، وهو طالب دراسات عليا في الفيزياء التطبيقية بجامعة ستانفورد، في بيان: "تخبرنا أزواج الإلكترونات أنها جاهزة لأن تصبح موصلة فائقة، ولكن هناك شيء يمنعها. وإذا تمكنا من إيجاد طريقة جديدة لمزامنة الأزواج، فيمكننا تطبيق ذلك على بناء موصلات فائقة ذات درجات حرارة أعلى".

تنشأ الموصلية الفائقة من التموجات التي تتركها الإلكترونات أثناء تحركها عبر مادة ما. عند درجات حرارة منخفضة بما يكفي، تجذب هذه التموجات النوى الذرية إلى بعضها البعض، مما يتسبب بدوره في إزاحة طفيفة في الشحنة تجذب إلكترونًا ثانيًا إلى الأول.

في العادة، من المفترض أن تتنافر الشحنتان السالبتان. ولكن بدلًا من ذلك، يحدث شيء غريب: حيث ترتبط الإلكترونات ببعضها البعض في "زوج كوبر".

ذات صلة: space.com/satellites-re-entering-magnetosphere-effects-study" style="text-decoration: underline; box-sizing: border-box;">قد تؤثر الحطام الناتج عن احتراق الأقمار الصناعية على المجال المغناطيسي للأرض

تتبع أزواج كوبر قواعد ميكانيكية كمية مختلفة عن تلك التي تتبعها الإلكترونات المنفردة. فبدلاً من التكدس في غلاف الطاقة، فإنها تتصرف مثل جزيئات الضوء، والتي يمكن لعدد لا نهائي منها أن يشغل نفس النقطة في الفضاء في نفس الوقت. وإذا تم إنشاء عدد كافٍ من أزواج كوبر هذه في جميع أنحاء المادة، فإنها تصبح سائلاً فائقًا، يتدفق دون أي فقدان للطاقة بسبب المقاومة الكهربائية.

كانت الموصلات الفائقة الأولى، التي اكتشفها الفيزيائي الهولندي هايك كامرلينج أونيس في عام 1911، تنتقل إلى حالة المقاومة الكهربائية الصفرية عند درجات حرارة باردة بشكل لا يمكن تصوره – بالقرب من الصفر المطلق (- 459.67 فهرنهايت، أو – 273.15 درجة مئوية). ومع ذلك، في عام 1986، اكتشف الفيزيائيون مادة أساسها النحاس، تسمى الكوبريت، والتي تصبح موصلًا فائقًا عند درجة حرارة أعلى بكثير (ولكن لا تزال شديدة البرودة) تبلغ – 211 فهرنهايت (- 135 درجة مئوية).

كان علماء الفيزياء يأملون أن يقودهم هذا الاكتشاف إلى الموصلات الفائقة في درجة حرارة الغرفة. ولكن الرؤى حول ما يجعل الكوبريتات تظهر سلوكها غير المعتاد تباطأت، وفي العام الماضي، انتهت الادعاءات المنتشرة على نطاق واسع بوجود موصلات فائقة صالحة في درجة حرارة الغرفة إلى مزاعم بتزوير البيانات وخيبة الأمل.

وللتحقق بشكل أكبر، لجأ العلماء وراء البحث الجديد إلى أكسيد النحاس والسيريوم والنيوديميوم. تبلغ أقصى درجة حرارة موصلية فائقة لهذه المادة 414.67 فهرنهايت تحت الصفر (248 درجة مئوية تحت الصفر)، لذا لم يكلف العلماء أنفسهم عناء دراستها كثيرًا. ولكن عندما سلط الباحثون المشاركون في الدراسة الضوء فوق البنفسجي على سطحها، لاحظوا شيئًا غريبًا.

قصص ذات صلة:

عادةً، عندما تصطدم حزم الضوء، أو الفوتونات، بكوبرات تحمل إلكترونات غير مقترنة، فإن الفوتونات تمنح الإلكترونات طاقة كافية لطردها من المادة، مما يتسبب في فقدانها الكثير من الطاقة. لكن الإلكترونات في أزواج كوبر يمكنها مقاومة طردها الفوتوني، مما يتسبب في فقدان المادة لقدر ضئيل فقط من الطاقة.

وعلى الرغم من أن حالة المقاومة صفر تحدث فقط عند درجات حرارة منخفضة للغاية، وجد الباحثون أن فجوة الطاقة استمرت في المادة الجديدة حتى 150 كلفن، وأن الاقتران كان، بشكل غريب، الأقوى في معظم العينات الأفضل في مقاومة تدفق التيار الكهربائي.

وهذا يعني أنه على الرغم من أنه من غير المرجح أن يصل الكوبريت إلى الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة، فإنه قد يحتوي على بعض التلميحات في العثور على مادة يمكنها ذلك.

وقال المؤلف الرئيسي تشي شون شين، أستاذ الفيزياء في جامعة ستانفورد، في البيان: "إن نتائجنا تفتح طريقًا جديدًا غنيًا محتملًا للمضي قدمًا. نخطط لدراسة فجوة الاقتران هذه في المستقبل للمساعدة في هندسة الموصلات الفائقة باستخدام أساليب جديدة". "من ناحية، نخطط لاستخدام مناهج تجريبية مماثلة لاكتساب المزيد من البصيرة في حالة الاقتران غير المتماسكة هذه. من ناحية أخرى، نريد إيجاد طرق للتلاعب بهذه المواد لإجبار هذه الأزواج غير المتماسكة على التزامن".


تابعونا على أخبار جوجل


شارك الخبر