اكتشف باحثون من ألمانيا في إطار تعاون دولي "توقيعا" مغناطيسيا يظهر في جميع المواد فائقة التوصيل القائمة على الحديد، حتى لو كانت المركبات الأصلية التي يتم الحصول عليها من الموصلات الفائقة لها خصائص كيميائية مختلفة.
منذ اكتشاف عائلة جديدة من الموصلات الفائقة في عام 2008، كان هناك طوفان من الأبحاث حول هذا الموضوع في جميع أنحاء العالم. على عكس العائلة المعروفة سابقًا - المواد الخزفية ذات الأساس النحاسي (النحاس)، يتكون الهيكل الأساسي لهذه العائلة الجديدة من المواد من مركبات الحديد. وبما أن هذه المواد تختلف عن العائلة المعروفة في العديد من النواحي الأساسية، فهناك أمل في توليد رؤى جديدة حول أصول ظهور الموصلية الفائقة.
بالتعاون مع مجموعة بحثية دولية، اكتشف باحثون من جامعة هيلمهولتز-زنتروم برلين الألمانية (HZB) الآن "توقيعًا" مغناطيسيًا يظهر في جميع المواد فائقة التوصيل القائمة على الحديد، حتى لو كانت المركبات الأصلية التي يتم الحصول على الموصلات الفائقة منها تحتوي على خصائص كيميائية مختلفة. ونشرت نتائج البحث في المجلة العلمية Nature Materials.
يتم الحصول على الموصلات الفائقة عمومًا عن طريق تطعيم المركبات الأصلية، أي إدخال ذرات غريبة في المواد الأصلية. هناك علاقة وثيقة بين المغناطيسية والموصلية الفائقة، وكلاهما من خواص المواد الصلبة. الموصلات الفائقة الشائعة، مثل تلك المستخدمة في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي الموجودة في المستشفيات، لا تقبل المغناطيسية عن طيب خاطر لأنها تتداخل مع التفاعلات التي تؤدي إلى الموصلية الفائقة داخل البلورة. ويختلف هذا اختلافًا جوهريًا بالنسبة للموصلات الفائقة التي تعمل عند درجات حرارة عالية، مثل النحاسات ومركبات الحديد والزرنيخ. في هذه المواد، تساعد القوى المغناطيسية بالفعل، بل وتعزز، تنشيط الموصلية الفائقة. توجد في هذه المركبات أنماط مرتبة من المغناطيسية، ويعد وجودها في الهياكل البلورية علامة توحي بأن المادة مناسبة للاستخدام كموصل فائق عند درجة حرارة عالية. لقد اتضح أنه مع الموصلات الجديدة المعتمدة على الحديد، فإن تماثل الأنماط المغناطيسية يتطابق تمامًا مع تماثل الإشارة فائقة التوصيل.
وقام الباحثون الألمان بإعداد بلورات من حديد-تيلوريوم-سيلينيوم (حديد-تيلوريوم-سيلينيوم) وحددوا تركيبها الكيميائي باستخدام طرق قياس الأشعة السينية وحيود النيوترونات. وهذه هي الطريقة التي قاموا بها بقياس الإشارات المغناطيسية داخل البلورات. واكتشفوا أن تماثل النمط المغناطيسي يختلف اختلافًا جوهريًا عن ذلك الموجود في المركبات الأم ذات الأساس الحديدي، مثل مركبات الحديد والزرنيخ. ومع ذلك، فمن المدهش أن هذا الاختلاف لا يؤثر على قبول الموصلية الفائقة كخاصية. ولاحظ الباحثون أن الإشارة المغناطيسية التي تتلقاها المادة فائقة التوصيل - والتي يشار إليها أحيانا باسم "الرنين المغناطيسي" - لها نفس تناظر النمط المغناطيسي. وهذا التناظر هو نفسه في جميع مركبات الحديد، ومن المحتمل أنه ينشأ باتباع آلية عامة مسؤولة عن قدرة الموصلية الفائقة في جميع هذه المواد.
يصف الباحث الرئيسي ديمتري أرجريو هذه الخاصية: «بالنظر إلى ما نعرفه عن النمط المغناطيسي لمركبات الحديد، لا ينبغي أن تكون المواد القائمة على الحديد والتيلوريوم والسيلينيوم موصلات فائقة. ولكن في هذه الحالة يحدث العكس تمامًا: على الرغم من الاختلافات في المغناطيسية، فإن توقيع خاصية الموصلية الفائقة هو نفسه في جميعها. إذا تمكنا، نتيجة لهذه النتائج، من فهم كيفية إنشاء الموصلية الفائقة على الرغم من ظروف الفتح المختلفة، فقد نكون قادرين على تطوير مواد ستكون فائقة التوصيل حتى في درجات الحرارة المرتفعة.
تعليقات 4
مرحبا مروحة.
شكرا للمجاملة.
كما أنني أقوم بإثراء معرفتي العلمية بهذه الطريقة.
إقرأ وتعلم....
مرحبا موشيه،
شكرا.
أود أن أغتنم هذه الفرصة لأشكرك على المقالات المثيرة للاهتمام التي تهتم بإحضارها!
مرحبا مروحة.
لقد كنت على حق، لقد تم التعميم في غير محله. ولكن يجب أن يكون مفهوما أن هذا التعميم مصدره الخبر الأصلي المنشور باللغة الإنجليزية، وأن المعلومات هنا هي في الأساس علمية شعبية وليست أكاديمية وتفصيلية.
من المستحسن عدم إجراء تعميمات حول الموصلات الفائقة مثل: "يتم الحصول على الموصلات الفائقة عمومًا من خلال "التنشيط" (التلوث المتعمد، "التنشيط") للمركبات الأصلية، أي إدخال ذرات غريبة في المواد الأصلية. هناك علاقة وثيقة بين المغناطيسية والموصلية الفائقة."
تنقسم الموصلات الفائقة إلى عدة أنواع مختلفة بشكل أساسي. تم اكتشاف الموصلية الفائقة القياسية منذ حوالي قرن من الزمان وتم تفسيرها بواسطة نموذج فيزيائي يعرف باسم BCS نسبة إلى مكتشفيها (الذين فازوا بجائزة نوبل عنها) باردين وكوبر وشرايبر. وبقدر ما أعرف، لا تحتاج الموصلات الفائقة من هذا النوع إلى وجود التوصيل. نسبة إلى المجال المغناطيسي
تنقسم هذه الموصلات الفائقة إلى نوعين يُطلق عليهما (بشكل مدهش) النوع الأول والنوع الثاني حيث يسمح النوع الثاني للمجال المغناطيسي باختراق الموصل الفائق. يُعرف رفض المجال المغناطيسي داخل الموصل الفائق باسم تأثير مايسنر، في حين أن اختراق المجال المغناطيسي إلى الموصل الفائق باستخدام الموصلات من النوع الثاني يكون عبر خطوط الدوامة.
منذ حوالي خمسة وعشرين عامًا، تم اكتشاف الموصلات الفائقة من نوع مختلف. الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية المواد الخزفية القائمة على النحاس في هذه المواد، ترتبط الموصلية الفائقة ارتباطًا وثيقًا بمستوى التوصيل وأي المواد مضادة للمغناطيسية في درجة حرارة الغرفة. مثل هذه الموصلات الفائقة لا تمتلك حتى الآن آلية فيزيائية تشرح كيف تصبح موصلات فائقة، وهذه إحدى المشاكل المفتوحة في مجال الحالة الصلبة. بالإضافة إلى كل هذا، تتناول المقالة أعلاه نوعًا آخر من الموصلات يعتمد على مركبات الحديد.