لقد حصل البحث عن الموصلات الفائقة في درجة حرارة الغرفة على دفعة هائلة من الذكاء الاصطناعي

لقد أظهر العلماء طريقة جديدة قوية للبحث عن واحدة من أكبر جوائز الفيزياء: الموصلات الفائقة العملية.

أظهر فريق دولي من الباحثين طريقة جديدة لاكتشاف الموصلات الفائقة بشكل أسرع بكثير من خلال الجمع التعلم الآلي مع فيزياء الكم المتقدمة. يسمح هذا النهج للعلماء بغربلة عدد غير محدود تقريبًا من مجموعات المواد المحتملة وتحديد المواد المرشحة الواعدة للموصلية الفائقة.

وقد أدى هذا الاختراق، الذي قاده اتحاد شركات SuperC، بالفعل إلى اكتشاف مادتين جديدتين فائقتي التوصيل. وفقًا للأستاذ بايفي تورما من جامعة آلتو، الذي يقود التعاون، فإن هذه الطريقة يمكن أن تسرع بشكل كبير عملية البحث عن موصلات فائقة جديدة.

يمكن للموصلات الفائقة أن تحمل الكهرباء بدون مقاومة كهربائية بسبب التأثير الكمي الذي يظهر فقط عند درجات حرارة منخفضة للغاية. وهي ضرورية للتقنيات بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر الكمومية، والتصوير بالرنين المغناطيسي وأنظمة التصوير العصبي الأخرى، ومفاعلات الاندماج، وقطارات ماجليف عالية السرعة.

ومع ذلك، فإن العثور على موصلات فائقة جديدة أمر صعب للغاية. من الناحية النظرية، هناك مجموعات لا نهاية لها تقريبًا من العناصر الكيميائية ممكنة، ولكن جزءًا صغيرًا فقط يظهر الموصلية الفائقة. وحتى تلك التي تم اكتشافها بالفعل تتطلب أنظمة تبريد باهظة الثمن للوصول إلى درجات حرارة قريبة منها الصفر المطلق قبل أن يتمكنوا من العمل.

يسعى الباحثون في جميع أنحاء العالم إلى تحقيق هدف أكبر: العثور على موصل فائق عملي يعمل في درجة حرارة الغرفة.

يوضح تورما: “إن المواد فائقة التوصيل التي يمكن أن تعمل في درجة حرارة الغرفة ستغير إلى الأبد الطريقة التي نستهلك بها الطاقة”. “إذا أمكن لمثل هذه المادة أن تحل محل الموصلات العادية في تطبيقات مثل أجهزة الكمبيوتر ومراكز البيانات، فيمكن خفض استهلاك الطاقة العالمي وتقليل البصمة الحرارية لقطاع تكنولوجيا المعلومات والاتصالات بشكل كبير.”

الذكاء الاصطناعي وفيزياء الكم يتضافران

تأسس اتحاد SuperC في عام 2023 على يد البروفيسور تورما ومجموعة دولية من كبار علماء الفيزياء بهدف استخدام فيزياء الكم للمساعدة في معالجة تغير المناخ. إنه أول تعاون عالمي منسق مخصص لاكتشاف الموصلات الفائقة الجديدة، وهدفه الطموح هو تحديد موصل فائق في درجة حرارة الغرفة بحلول عام 2033.

وفقًا لتورما، تجمع استراتيجية الفريق بين الهندسة الكمومية والتعلم الآلي لتضييق نطاق البحث بشكل كبير.

الموصلات الفائقة المكتشفة حديثًا، والمعروفة باسم YRu₃ب₂ ولورو₃ب₂، تدين بسلوكها فائق التوصيل إلى الإلكترونات التي تشكل أشرطة مسطحة داخل شبكة kagome، وهو ترتيب هندسي مستوحى من أنماط نسج السلال اليابانية التقليدية.

للعثور على هذه المواد، استخدم الباحثون أولاً التعلم الآلي لفحص أعداد كبيرة من مجموعات العناصر المحتملة. حددت خوارزمية متخصصة المرشحين الواعدين، ثم تم فحصهم بعد ذلك باستخدام حسابات نظرية مفصلة لتحديد ما إذا كان من المحتمل أن يصبحوا موصلات فائقة.

وبمجرد تأكيد هذه التوقعات، قام المتعاونون في جامعة رايس بتصنيع المواد عن طريق الجمع الكيميائي للعناصر المطلوبة في مركبات جديدة. وقاد هذا الجهد البروفيسور إميليا موروسان. ثم أثبتت الاختبارات المعملية أن كلتا المادتين كانتا بالفعل من الموصلات الفائقة.

تم نشر دراسة إثبات المفهوم مؤخرًا في أبحاث المراجعة البدنية.

لماذا يعتبر العثور على الموصلات الفائقة أمرًا صعبًا للغاية؟

إن فيزياء الكم الكامنة وراء الموصلية الفائقة معقدة للغاية، مما يجعل اكتشاف مواد جديدة عملية بطيئة وصعبة.

يوضح تورما: “على مدى العقود الماضية، تعرف الباحثون على أكثر من 7000 موصل فائق، ولكن في الغالب بالصدفة”. “إن عملية تحديد المواد المحتملة ثقيلة جدًا من الناحية الحسابية، لدرجة أن الباحثين لم يتمكنوا في الواقع من التنبؤ نظريًا بصلاحية حوالي 20 منها.”

حتى عندما تبدو المادة واعدة على الورق، فإنها غالبًا ما تكون غير عملية لأنه من الصعب جدًا تصنيعها أو من المستحيل توسيع نطاقها لتطبيقات العالم الحقيقي. تقليديًا، كان فحص ما يكفي من المواد للعثور على موصلات فائقة مفيدة يتطلب موارد حاسوبية هائلة.

يغير نهج فريق SuperC ذلك من خلال استخدام التعلم الآلي للتخلص من المرشحين غير المحتملين قبل إجراء العمليات الحسابية الأكثر تطلبًا.

يقول تورما: “تستخدم طريقتنا الفحص المسبق القائم على التعلم الآلي، متبوعًا بحسابات مستهدفة على المرشحين الواعدين. وسيؤدي هذا النهج إلى تسريع اكتشاف الموصلات الفائقة بشكل كبير في المستقبل. ومع التعلم الآلي، قد نكون قادرين على زيادة عدد المواد التي يمكننا معالجتها إلى المليارات”. “سيأخذنا هذا خطوة حاسمة نحو العثور على موصل فائق في درجة حرارة الغرفة.”

سيتم عرض أبحاث SuperC في جامعة آلتو تصاميم لكوكب أكثر برودة المعرض من 1 سبتمبر إلى 30 أكتوبر 2026 في هلسنكي الكبرى، فنلندا.

المرجع: “الاكتشاف الموجه بالتعلم الآلي للموصلات الفائقة kagome YRu₃ب₂ ولورو₃ب₂“بقلم روز ألبو مصطفى، ساجيليش كي بي، سانو ميشرا، جونزي دينغ، يي جيانغ، كاجا إتش هيورث، إيلي أو. لامبونين، مارتن جوتيريز أميغو، بايفي تورما، ميغيل آل ماركيز، بي. أندريه بيرنفيج وإميليا موروسان، 17 يونيو 2026 أبحاث المراجعة البدنية.
دوى: 10.1103/lpqj-7hyg

ال سوبر سي يتم تمويل الكونسورتيوم من قبل مؤسسة كافلي، وكلاوس تشيرا ستيفتونغ، وكيفن ويلز، إلى جانب مؤسسة جين وآتوس إركو، ومؤسسة كيلي، ومؤسسة ماغنوس إيرنروث، ومؤسسة نيستي وفورتوم.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.