ابتكر العلماء الصينيون فئة جديدة من الموصلات الفائقة ذات درجات الحرارة العالية
العمل المنشور في المجلة طبيعة، يمثل خطوة مهمة في فيزياء المواد: قام باحثون من الجامعة الجنوبية للعلوم والتكنولوجيا، بالتعاون مع زملاء من جامعة الصين للعلوم والتكنولوجيا، بإنتاج موصلات فائقة للنيكل تعمل عند درجات حرارة تصل إلى 63 كلفن، و50 كلفن، و46 كلفن عند الضغط الجوي. في السابق، كانت مثل هذه الأنظمة تتطلب ضغطًا عاليًا لتحقيق تأثيرات مماثلة.
نحن نتحدث عن النيكلات – وهي مركبات أساسها النيكل، والتي يعتبرها العلماء نوعًا جديدًا محتملًا من الموصلات الفائقة عالية الحرارة. قبل هذا الاكتشاف، كان معظم الاهتمام يتركز على مجموعتين كبيرتين من هذه المواد: كبريتات النحاس والمركبات المحتوية على الحديد. ويعد ظهور النيكلات مهما لأنها قد تشير إلى آلية ثالثة مستقلة لحدوث الموصلية الفائقة، مما يعني أنها توسع قائمة نماذج العمل للبحث عن المواد التي ليس لها مقاومة كهربائية.
كيف تمكنا من زيادة درجة حرارة التحول
ترتبط النتيجة الرئيسية بالبنية المكونة من طبقتين لمادة النيكل، حيث تمت زيادة درجة حرارة انتقال الموصلية الفائقة من 45 كلفن (−228.15 درجة مئوية) إلى 63 كلفن (-210.15 درجة مئوية). تم أيضًا تصنيع تكوينين اصطناعيين
ولهذا الغرض، تم استخدام تنضيد الطبقة الذرية في ظل ظروف الأكسدة القوية – وهي طريقة تسمح لك “بتجميع” ذرة المادة بذرة، والتحكم في بنيتها بدقة عالية. يعد هذا النهج مهمًا بشكل خاص بالنسبة للنيكل، نظرًا لأن حالات الأكسدة العالية فيه عادةً ما تجعل المادة غير مستقرة ويصعب الحصول عليها في المرحلة المطلوبة.
ونتيجة لذلك، أصبح من الممكن الحصول على أغشية رقيقة من أكسيد النيكل عالية الجودة ذات خصائص إلكترونية محددة.
الهيكل الإلكتروني وتأكيد الموصلية الفائقة
تم إجراء تحليل إضافي باستخدام التحليل الطيفي للانبعاث الضوئي ذو الزاوية. وأظهر وجود بنية شريطية إلكترونية واضحة بالقرب من مستوى فيرمي، وهي منطقة رئيسية تحدد سلوك الإلكترونات في المادة.
ويعتبر هذا الهيكل بمثابة تأكيد غير مباشر لآلية الموصلية الفائقة ويشير إلى وجود علاقة بين التكوين الذري والسلوك الجماعي للإلكترونات.
ويؤكد الباحثون أن نتائجهم تساعد في ربط ثلاثة مستويات من الوصف: التركيب الذري، والديناميكيات الإلكترونية، وظاهرة الموصلية الفائقة العيانية.
النيكلات و”القبة فائقة التوصيل”
بشكل منفصل، قام الباحثون بتحليل مركب La₃Ni₂O₇ لفهم الظروف التي تظهر فيها الموصلية الفائقة. وللقيام بذلك، قاموا ببناء ما يسمى بمخطط الطور، وهو في الأساس خريطة لسلوك المادة اعتمادًا على المعلمات الخارجية، مثل الضغط أو التركيب.
وفي هذه “الخريطة” رأوا منطقة مميزة يسميها الفيزيائيون “القبة فائقة التوصيل”. والحقيقة هي أن الموصلية الفائقة لا تظهر عند نقطة واحدة، ولكن في نطاق معين من الظروف: تظهر أولا، ثم تتكثف إلى الحد الأقصى، ثم تختفي مرة أخرى إذا واصلت تغيير المعلمات.
وقال يويفنغ ني، الأستاذ في جامعة نانجينغ: “كان هناك جزء رئيسي من اللغز مفقود: مخطط الطور. أردنا معرفة ما إذا كان هذا النظام المكون من طبقتين لديه “قبة فائقة التوصيل”، وهي سمة كلاسيكية للموصلات الفائقة غير التقليدية ذات درجة الحرارة العالية”.
يهتم العلماء بحقيقة أنه تم بالفعل العثور على شكل مماثل في الموصلات الفائقة النحاسية (النحاس). ولذلك، إذا ظهرت نفس “القباب” في النيكلات، فقد يعني هذا أن المواد المختلفة تحقق الموصلية الفائقة من خلال آليات فيزيائية مماثلة، حتى لو تم تركيبها بشكل مختلف.
أهمية لفيزياء المواد
تسمح الموصلات الفائقة بنقل التيار الكهربائي دون مقاومة، ولكن معظم المواد المعروفة تتطلب إما درجات حرارة منخفضة للغاية أو ضغطًا مرتفعًا. يعتبر الانتقال إلى الأنظمة التي تعمل في ظل ظروف أكثر عملية أمرًا بالغ الأهمية للتقنيات المستقبلية.
هناك حاجة إلى الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية حيث يكون فقدان الطاقة والمجالات المغناطيسية القوية أمرًا بالغ الأهمية: في شبكات الطاقة لنقل الكهرباء بشكل أكثر كفاءة دون تدفئة، في الطب (التصوير بالرنين المغناطيسي) والمسرعات العلمية لإنشاء مغناطيسات قوية، في المنشآت النووية الحرارية لحبس البلازما، في القطارات المغناطيسية للارتفاع المستقر، وكذلك في عدد من أدوات القياس الحساسة وبعض دوائر الحوسبة الكمومية حيث يكون الحد الأدنى من فقدان الطاقة واستقرار الإشارة العالي مهمًا.
على الرغم من التقدم، فإن الآلية الفيزيائية للموصلية الفائقة في النيكلات لم يتم تحديدها بشكل نهائي بعد. ويواصل العلماء مقارنتها بنظيراتها من النحاس والحديد لفهم ما إذا كان السلوك المرصود جزءًا من نموذج فيزيائي واحد أو نتيجة لعمليات مختلفة تؤدي إلى تأثير مماثل.
تنويه من موقع “beiruttime-lb.com”:
تم جلب هذا المحتوى بشكل آلي من المصدر:
naukatv.ru
بتاريخ: 2026-04-18 16:15:00.
الآراء والمعلومات الواردة في هذا المقال لا تعبر بالضرورة عن رأي موقع “beiruttime-lb.com”، والمسؤولية الكاملة تقع على عاتق المصدر الأصلي.
ملاحظة: قد يتم استخدام الترجمة الآلية في بعض الأحيان لتوفير هذا المحتوى.
