اكتشاف مهم في مادة فائقة التوصيل سيمكن من توفير طاقة أكثر كفاءة

قد يكون للظاهرة المغناطيسية الجديدة، التي لم يتم رصدها من قبل، آثار كبيرة على فهمنا لمجال الموصلية الفائقة غير التقليدية، كما يوضح الفيزيائي راي أوزبورن، في مقال نشر منذ فترة طويلة في مجلة Nature Communications العلمية.

اكتشف علماء من المختبر الوطني الأمريكي (أرجون) ظاهرة غير معروفة (الطور) بين عائلة من المواد فائقة التوصيل تسمى زرنيخيدات الحديد، وهي ظاهرة يمكن استخدامها لتوفير الطاقة بكفاءة في مجموعة واسعة من التقنيات الجديدة.

ويلقي هذا الاكتشاف الضوء على الجدل الدائر حول العلاقات المتبادلة بين الذرات والإلكترونات المسؤولة عن الموصلية الفائقة غير العادية لهذه المواد. قد يكون للظاهرة المغناطيسية الجديدة، التي لم يتم رصدها من قبل، آثار كبيرة على فهمنا لمجال الموصلية الفائقة غير التقليدية، كما يوضح الفيزيائي راي أوزبورن، في مقال نشر منذ فترة طويلة في مجلة Nature Communications العلمية.

المواد فائقة التوصيل قادرة على نقل التيار الكهربائي دون أن تواجه مقاومة، هذا بالمقارنة مع الموصلات الفائقة مثل الأسلاك النحاسية المستخدمة في معظم الكابلات الكهربائية التي تفقد طاقتها أثناء نقل التيار الكهربائي. لا تزال المواد فائقة التوصيل غير مستخدمة حتى يومنا هذا لتوصيل الكهرباء في خطوط الشبكة العادية لأنها تحتاج إلى التبريد إلى درجات حرارة منخفضة للغاية. ومع ذلك، قد توفر مجموعة خاصة من المواد "غير التقليدية فائقة التوصيل" هذه القدرة. ويعتقد الباحثون أنه من خلال فهم النظرية الكامنة وراء نشاط هذه المواد الخاصة، من الممكن رفع درجة الحرارة التي تعمل بها حاليا، وبالتالي سيكونون قادرين على استخدام هذه المواد في مجموعة واسعة من التقنيات الجديدة.

إن النظرية وراء الموصلات الفائقة التقليدية الأقدم هي نظرية صلبة ومنظمة تمامًا - أزواج من الإلكترونات، التي تتنافر عادة، تتصل ببعضها البعض من خلال تشويه الذرات المحيطة، وبالتالي يمكن أن تتحرك عبر المعدن (في مادة موصلة عادية، يمكن لهذه الإلكترونات أن تتحرك عبر المعدن). تنفصل عن الذرات أثناء خلق الحرارة). في الموصلات غير التقليدية، لا تزال الإلكترونات تشكل أزواجًا، لكن الباحثين ما زالوا لا يعرفون ما الذي يربطهم. ومن أجل الوصول إلى حالة تتدفق فيها الإلكترونات الموجودة في الموصل الفائق بحرية دون قيود، فإن هذه المواد تتطلب الكثير من الإقناع. زرنيخيدات الحديد التي يستخدمها الباحثون عادة ما تكون مغناطيسية، ولكن عندما يضاف إليها الصوديوم، تختفي المغناطيسية وتصبح المواد في نهاية المطاف مواد فائقة التوصيل عند درجة حرارة منخفضة تصل إلى 240 درجة مئوية تحت الصفر. تؤثر الطبيعة المغناطيسية للمادة أيضًا على البنية الذرية - في درجة حرارة الغرفة، تشكل ذرات الحديد شبكة مربعة ذات تناظر من الدرجة الرابعة، ولكن عندما يتم تبريدها إلى ما دون درجة حرارة العتبة المغناطيسية، تتشوه الشبكة لتشكل بنية مستطيلة ذات تماثل ثانٍ فقط. تماثل الترتيب ("الترتيب النيماتي"). وكان من الشائع الاعتقاد بأن هذا التناظر يستمر حتى تصبح المادة موصلة للكهرباء، لكن الاكتشاف الجديد يتناقض مع ذلك.

واكتشف فريق الباحثين ظاهرة عودة المادة إلى شكلها المربع مع تناظر من الدرجة الرابعة، بدلا من الدرجة الثانية، بالقرب من نقطة التحول لتصبح موصلا فائقا. ويمكن التنبؤ بذلك بمساعدة طريقة حيود المسحوق النيوتروني، وهي طريقة حساسة ودقيقة، ولكن يتم تنفيذها في عدد قليل من الأماكن في العالم. باستخدام هذه الطريقة، من الممكن قياس ليس فقط المواضع المختلفة للذرات في الفضاء، ولكن أيضًا اتجاهات الزخم المغناطيسي المجهري لكل منها.

إن اكتشاف الظاهرة الجديدة قد يساعد في حل نزاع طويل الأمد بشأن أصل التناظر من الدرجة 2. وقد ناقش المنظرون على مر السنين ما إذا كان هذا التناظر ناجم عن المغناطيسية أو عن الطريقة التي يتم بها ترتيب المدارات. يدعي التفسير المداري أن الإلكترونات تميل إلى التواجد في مدارات معينة، وبالتالي تحرك الشبكة نحو التناظر من الدرجة الثانية، ومن ناحية أخرى، تشير النماذج المغناطيسية إلى أن التفاعلات المغناطيسية هي المسؤولة عن خلق التناظر من الدرجة الثانية وأنها هي نفسها المفتاح. إلى وجود حالة الموصلية الفائقة. من الممكن أن يكون العامل الذي يربط الإلكترونين معًا في أزواج الموصلات الفائقة من نوع زرنيخيد الحديد هو المغناطيسية. لا تتنبأ النظريات المبنية على العامل المداري بالعودة إلى التناظر من الدرجة الرابعة في هذه المرحلة، كما يوضح الباحث الرئيسي، لكن النماذج المغناطيسية تتنبأ بذلك. حتى الآن، لم تتم ملاحظة هذه النتيجة إلا تجريبيًا في تلك المركبات التي تحتوي على ملح الصوديوم في محتواها، لكن الباحثين يعتقدون أن النتيجة توفر تأكيدًا لنموذج المغناطيسية في المواد العامة من نوع زرنيخيد الحديد. يمكن أن يساهم الاكتشاف الجديد أيضًا في فهمنا للموصلية الفائقة في أنواع أخرى من المواد، مثل أكاسيد النحاس، والتي لوحظ فيها أيضًا التناظر من الدرجة الثانية.

الخبر الاصلي