تم القبض على الجرافين وهو يحمل حالات متعددة فائقة التوصيل في وقت واحد: ScienceAlert

الموصلية الفائقةإن قدرة المواد على توصيل الكهرباء بدون مقاومة هي كنز علمي ثمين.

لقد اكتشف الباحثون الآن مجموعة جديدة من هذه الظاهرة الغريبة، مخبأة داخل نوع خاص من الأشكال المعينية الجرافين.

يتكون هذا الشكل الطبيعي من الجرافين من عدة طبقات رقيقة جدًا، كل واحدة منها موضوعة بزاوية محددة بالنسبة لجيرانها.

إنه شيء مفضل بين العلماءبسبب خصائصه غير العادية.

لهذه المجموعة الجديدة من الاكتشافات، نشرت في طبيعةقام باحثون بقيادة فريق من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بإجراء تجارب على الجرافين المعيني السطوح المكدس في أربع وخمس طبقات، والتلاعب بها لإنشاء كثافات إلكترونية مختلفة (التحكم في الشكل المحدد الذي تتخذه الموصلية الفائقة).

ولم تكشف الاختبارات التي أجريت في درجات حرارة منخفضة للغاية أن الجرافين يمكن أن يستضيف العديد من الكائنات فحسب حالات الموصلية الفائقة – وهو أمر نادر في حد ذاته – وقد أظهروا أيضًا أن بعض هذه الحالات تصبح أقوى عند تعرضها للمجالات المغناطيسية التي من شأنها أن تنطلق منها عادةً الموصلية الفائقة.

“من وجهة نظر الفيزياء الأساسية، من الغريب جدًا أن المجال المغناطيسي لا يقتل الموصلية الفائقة، بل يعززها بدلاً من ذلك.” يقول الفيزيائي لونغ جو من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

“لقد قدمنا ​​الكثير من النتائج التجريبية وقدمنا ​​التغذية التي يمكن للناس استيعابها لمحاولة التفكير فيما يحدث هنا.”

إنها ليست المرة الأولى التي ينضم فيها أعضاء هذا الفريق لقد اكتشفت حالات الموصلية الفائقة غير التقليدية في الجرافين معيني السطوح؛ يضيف هذا العمل الأخير ثلاثة آخرين إلى رصيدهم.

تعتمد الموصلات الفائقة على تطابق الإلكترونات في أزواج مع إلكترونات أخرى ذات دوران مغناطيسي معاكس (أزواج كوبر)، ومن ثم الانزلاق عبر المواد دون تدخل. عادةً، تؤدي إضافة مجال مغناطيسي إلى توحيد دوران هذه الإلكترونات بدرجة كافية لتفكيك الأزواج والموصلية الفائقة.

ليس كذلك هنا. ومع قيام الباحثين بتغيير كثافة الإلكترون وقوة المجال المغناطيسي واتجاهه، ظهرت نتائج غريبة.

وفي إحدى الحالات، لم تظهر الموصلية الفائقة حتى المجال المغناطيسي تم تمكينه. وفي حالتين أخريين، عزز المجال المغناطيسي الموصلية الفائقة، مما جعلها أكثر قوة وقدرة على النجاة من مجموعة أوسع من السيناريوهات.

“تم تعزيز الموصلية الفائقة في الواقع، حيث انتقلت درجة الحرارة الانتقالية من 55 ملي كلفن إلى 90 ملي كلفن على الأرجح.” يقول نعم.

“وفي الوقت نفسه، يمكن للمادة أن تأخذ تيارًا إضافيًا بنسبة 50 أو 60 بالمائة أخرى قبل أن يتم تدمير الموصلية الفائقة. وهذا أمر غير عادي للغاية.”

والسؤال التالي هو لماذا هذه حالات الموصلية الفائقة هي الاستثناءات للقاعدة فيما يتعلق بالمجالات المغناطيسية، وهو أمر لم يتأكد منه الباحثون بعد.

لديهم نظرية عمل واحدة: أنه في هذه الظروف المحددة، تكون الإلكترونات قادرة على التوافق مع إلكترونات أخرى لها نفس محاذاة الدوران.

لا يزال المجال المغناطيسي يسحب الإلكترونات، لكنها مصطفة بالفعل بنفس الطريقة، مما يحافظ على موصليتها الفائقة.

“قد يفترض الناس أن هذه مادة كربونية بسيطة ومملة، ولكن يمكننا التحكم في هذه المادة عن طريق ضبط بعض المقابض التجريبية، مثل الفولتية الكهربائية.” يقول نعم.

“هذه هي الطريقة التي يمكن بها لمادة فيزيائية بسيطة أن تظهر العديد من خصائص التوصيل الفائق المختلفة.”

بعد ذلك، يريد الباحثون إلقاء نظرة فاحصة على كل حالة من حالات التوصيل الفائق على التوالي، ومعرفة كيفية توليدها وكيفية تفاعلها مع المجالات المغناطيسية (هنا، مجالات أقوى بما يصل إلى 180 ألف مرة من المجال المغناطيسي للأرض تم استخدامها).

ومن الجدير بالذكر أن الموصلية الفائقة هنا لا تزال تعتمد على درجات حرارة شديدة البرودة وإعدادات معملية محددة، ولكن هناك استخدامات محتملة في مجال الحوسبة الكمومية، في تحسين استقرار البتات الكمومية غير المستقرة.

هذا طريق طويل على الرغم من ذلك.

في الوقت الحالي، تعد الدراسة دليلًا إضافيًا على الحالات الغريبة التي يمكن استخلاصها من المواد التي تتشكل طبيعيًا مثل الجرافين المعيني السطوح – مع بعض التعديلات على خصائصها.

متعلق ب: اكتشف العلماء فئة جديدة من الحالات الكمومية في الجرافين

“يمكننا التحكم في أبسط المواد الكيميائية والهيكلية – الكربون البلوري – كجزء من المتعة” يقول الفيزيائي جونسوك سيو، من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

“نحن لا نتعامل فقط مع ما تقدمه لنا الطبيعة، ولكننا نطبق ضوابط إضافية لتغييره إلى شيء لا تمنحه لنا الطبيعة، ولكن يمكن أن يوجد في نفس المادة.”

وقد تم نشر البحث في طبيعة.

تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة كلير واتسون وتم تحريره بواسطة بيتر دوكريل. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا اكتشفت خطأً، يرجى اعلامنا.