 |
| موصل فائق التوصيل |
أحد الأهداف الأساسية للفيزياء الحديثة هو إطلاق قوة الموصلية الفائقة ، حيث تتدفق الكهرباء دون مقاومة في درجة حرارة الغرفة.
كان التقدم بطيئًا ، ولكن في عام 2018 ، حقق علماء الفيزياء طفرة غير متوقعة. اكتشفوا موصلًا فائقًا يعمل بطريقة لم يسبق لها مثيل - ويفتح الباب أمام عالم كامل من الإمكانيات التي لم يتم النظر فيها حتى الآن.
وبمعنى آخر ، حددوا نوعًا جديدًا من الموصلية الفائقة.
لماذا هذه المسألة؟ حسنًا ، عندما تتدفق الكهرباء عادةً إلى المواد - على سبيل المثال ، الطريقة التي تنتقل بها عبر الأسلاك في الحائط عندما نفتح ضوءًا - فهي سريعة ، ولكنها غير فعالة بشكل مدهش.
يتم نقل الكهرباء عن طريق الإلكترونات ، والتي هي بعض من هذه الاصطدامات. والمعروف باسم المقاومة ، هو السبب في أن شبكات الكهرباء تفقد ما يصل إلى 7 في المئة من الكهرباء.
ولكن عندما يتم تبريد بعض المواد إلى درجات حرارة باردة يبعث على السخرية ، يحدث شيء آخر - الإلكترونات تصعد ، وتبدأ في التدفق بشكل منظم دون مقاومة.
هذا هو المعروف باسم الموصلية الفائقة ، ولديه إمكانات لا تصدق لإحداث ثورة في عالمنا ، مما يجعل الالكترونيات لدينا أكثر كفاءة بشكل لا يمكن تصوره.
والخبر السار هو أننا وجدنا هذه الظاهرة في العديد من المواد حتى الآن. في الواقع ، يتم استخدام الموصلية الفائقة لإنشاء حقول مغناطيسية قوية في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي والقطارات maglev.
الأخبار السيئة هي أنها تتطلب معدات باهظة الثمن ومكلفة للحفاظ على الموصلات الفائقة باردة بما يكفي لتحقيق هذه الظاهرة - لذلك تظل غير عملية للاستخدام على نطاق أوسع.
ولكن في عام 2018 ، بقيادة جامعة ماريلاند لاحظت نوعًا جديدًا من الموصلية الفائقة عند البحث عن مادة غريبة في درجات حرارة فائقة البرودة.
لم يظهر هذا النوع من الموصلية الفائقة في مادة غير متوقعة فحسب ، بل بدا أن الظاهرة تعتمد في الواقع على التفاعلات الإلكترونية التي تختلف اختلافًا عميقًا عن الاقتران الذي رأيناه حتى الآن. وهذا يعني أنه ليس لدينا أي فكرة عن نوع الإمكانات التي قد تكون لديها.
لفهم الفرق ، عليك أن تعرف أن الطريقة التي تتفاعل بها الإلكترونات تمليها خاصية كمية تدعى spin.
في الموصلات الفائقة العادية ، تحمل الإلكترونات تدورًا يشار إليه بـ 1/2.
ولكن في هذه المادة المحددة ، والمعروفة باسم YPtBi ، وجد الفريق أن هناك شيئًا آخر يحدث ، حيث يبدو أن الإلكترونات لديها دوران 3/2.
"لم يظن أحد حقًا أن هذا ممكن في المواد الصلبة" ، كما أوضح الفيزيائي والكاتب الكبير جونبيري باغليون.
"إن حالات الدوران العالي في الذرات الفردية ممكنة لكنك تضع الذرات معًا في صلب ، وعادة ما تنفصل هذه الحالات وتنتهي بنصف دوران."
تم اكتشاف YPtBi لأول مرة كموصل فائق قبل عامين ، وهذا بحد ذاته كان مفاجأة ، لأن المادة لا تتلاءم مع أحد المعايير الرئيسية - كونها محركًا جيدًا نسبيًا ، مع الكثير من الإلكترونات المحمولة ، في درجات الحرارة العادية.
وفقًا للنظرية التقليدية ، ستحتاج YPtBi إلى أكثر من ألف مرة من الإلكترونات المحمولة من أجل أن تصبح موصلة فائقة في درجات حرارة أقل من 0.8 كلفن.
ولكن عندما قاموا بتبريد المواد ، رأوا أن الموصلية الفائقة تحدث على أي حال.
لمعرفة ما يجري ، نظرت دراسة 2018 في الطريقة التي تتفاعل بها المادة مع الحقول المغناطيسية للتعرف على ما يحدث بالضبط في الداخل.
عادةً ما تخضع المادة للانتقال إلى موصل فائق ، فإنها ستحاول طرد أي مجال مغناطيسي إضافي من سطحه - ولكن مجال مغناطيسي يعتمد مدى اختراقها على طبيعة إقران الإلكترون الذي يحدث في الداخل.
استخدم الفريق لفائف النحاس للكشف عن التغيرات في الخصائص المغناطيسية YPtBi لأنها غيرت درجة حرارته.
ما وجدوه كان غريبًا - المادة التي تم تسخينها من الصفر المطلق ، والمقدار الذي يمكن أن يخترق فيه المجال المغناطيسي المادة خطيًا بدلاً من الأسي ، والذي يُرى عادةً مع الموصلات الفائقة.
بعد إجراء سلسلة من القياسات والحسابات ، استنتج الباحثون أن أفضل تفسير لما يحدث هو أن الإلكترونات يجب أن تكون متنكّرة في شكل جسيمات ذات دوران أعلى - شيء لم يُعتبر احتمالًا لموصل فائق من قبل.
هذا هو الأيام المبكرة بشكل لا يصدق ، وما زال هناك الكثير مما يجب علينا معرفته حول ما يحدث بالضبط هنا.
لكن حقيقة أن لدينا نوعًا جديدًا من الموصلية الفائقة للاختبار والقياس ، مضيفًا تقدمًا جديدًا رائعًا إلى 100 عام من هذا النوع من الأبحاث ، أمر مثير للغاية.
"عندما يكون لديك هذا الاقتران العالي الدوران ، فما هو الغراء الذي يربط هذه الأزواج ببعضها؟" قال باجليوني.
"هناك بعض الأفكار حول ما قد يحدث ، لكن تبقى الأسئلة الأساسية التي تجعل الأمر أكثر إثارة".
ترجمة وتدقيق : د/أحمد الديب
المصدر
إرسال تعليق