أنتج علماء من بار إيلان أنماطًا نانوية من الموصلات الفائقة

قد تؤدي الاستجابة المتقلبة للمادة للمجال المغناطيسي إلى إنشاء أسلاك فائقة التوصيل يمكن تبديلها وإنتاج إلكترونيات جديدة تمامًا، أسرع وأقوى بكثير مما هو موجود اليوم * تعمل المواد الجديدة في درجات حرارة عالية نسبيًا، وهي رخيصة الثمن وعملية للتبريد

قام فريق من العلماء من جامعة بار إيلان، بالتعاون مع باحثين في مختبر بروكهافن الوطني التابع لوزارة الطاقة في الحكومة الفيدرالية الأمريكية (DOE)، بإنتاج أفلام رقيقة تحتوي على مصفوفات كبيرة من الأسلاك النانوية فائقة التوصيل وحلقات نانوية قادرة على حمل تيار كهربائي بدون مقاومة عند تبريده إلى درجة حرارة 30 درجة كلفن (-243 درجة مئوية). وأظهر العلماء أنهم يمكن أن يسببوا تقلبات في المقاومة الكهربائية للمادة عن طريق تعريضها لمجال مغناطيسي.

وقال البروفيسور يوسف يشورون، رئيس مركز الموصلية الفائقة في جامعة بار إيلان، الذي قاد المشروع مع البروفيسور: "قد تكون الأسلاك النانوية فائقة التوصيل والحلقات النانوية مفيدة في مجموعة مختارة من المكونات الإلكترونية الجديدة - وهذه هي الرؤية طويلة المدى". أفنير شاولوف والطالب الباحث إيليا سوشنيكوف.
ووصف يشورون وزملاؤه البحث في مجلة Nature Nanotechnology، وتم نشره في النسخة الإلكترونية من Nature Nanotechnology في 13 يونيو.

إن إنتاج أسلاك فائقة التوصيل بمقياس النانومتر هو حلم طويل الأمد. يمكن لمثل هذه الأسلاك أن تساعد في تطوير إلكترونيات أسرع وأكثر قوة. ومع ذلك، فقد تبين أن هذا الأمر صعب، إن لم يكن مستحيلاً، باستخدام الموصلات الفائقة التقليدية، لأن الحد الأدنى لحجم عينة المادة التي يمكن اعتبارها موصلاً فائقًا كبير جدًا. على سبيل المثال، في حالة النيوبيوم - وهو الموصل الفائق الأكثر شيوعًا، يبلغ طوله حوالي 40 نانومتر. ولن تعمل الأسلاك النانومترية الصغيرة المصنوعة من هذه المادة كموصلات فائقة.

ومع ذلك، في الموصلات الفائقة التي تحتوي على طبقات من النحاس والأكسجين، من الممكن نظريًا الحفاظ على خصائص التوصيل الفائق حتى بضعة نانومترات. كما أن حقيقة أن المواد تعمل عند درجات حرارة عالية نسبيًا تقلل من تكاليف التبريد، مما يجعلها جذابة للمهام الواقعية.
لمعرفة ما إذا كان من الممكن تحقيق الموصلية الفائقة في الأغشية الرقيقة التي يتم "منحوتتها" بحيث تتشكل أنماط من "الأسلاك" فيها - تشبه إلى حد كبير طباعة الدوائر في رقائق الكمبيوتر - قام فريق بروكهافن، بقيادة الدكتور إيفان بوزوفيتش، بدأت في إنتاج طبقات رقيقة من الموصلات، طبقة واحدة من الذرات في كل مرة.

ثم استخدم فريق بار إيلان الطباعة الحجرية ذات الشعاع الإلكتروني لحرق نمط من آلاف الحلقات على سطح المادة. وكان قطر تلك الأسلاك النانوية المتكونة على جوانب هذه الحلقات 25 نانومترا، في حين تراوح طولها بين 150 إلى 500 نانومتر. أظهرت قياسات المقاومة الكهربائية لمصفوفات الأنماط أنها كانت بالفعل فائقة التوصيل عندما تم تبريدها إلى أقل من 30 درجة كلفن.

عندما طبق العلماء مجالًا مغناطيسيًا بشكل عمودي على الحلقات، اكتشفوا أن مقاومة الحلقات لم تتزايد وفقًا لقوة المجال، بل زادت وتنخفض بطريقة دورية/متذبذبة.

يقول يشورون: "تتمتع هذه التقلبات في المقاومة بقدرة تضخيم عالية، ويتوافق ترددها مع الوحدات الكمومية للتدفق المغناطيسي - حيث يخترق قياس قوة المجال المغناطيسي الحلقات". "إن المادة ذات هذا النمط من المقاومة المغناطيسية، خاصة من حالة الموصلية الفائقة إلى الحالة التي لا تكون فيها فائقة التوصيل، يمكن أن تكون مفيدة جدًا في هندسة الأجهزة الجديدة."

قد يكون لتكرار تقلبات المقاومة، كما لوحظ، آثار على فهم الآلية التي تصبح بها المواد موصلة فائقة بشكل عام. يبدو أن النتائج الحالية تستبعد بعض النماذج النظرية المقترحة مؤخرًا. قد يؤدي الفهم الأفضل لآلية التوصيل إلى التقدم في تطوير مواد جديدة للتطبيقات العملية.

تم تمويل البحث من قبل صندوق المشاريع المشتركة بين إسرائيل وألمانيا، ووزارة الطاقة في الحكومة الفيدرالية الأمريكية، ومنحة من وزارة العلوم الإسرائيلية.