بقدر ما نعرفه الآن حول الموصلية الفائقة – حيث تقوم المادة بتوصيل الشحنة الكهربائية دون مقاومة أو فقدان للحرارة – تظل هناك ألغاز طويلة الأمد حول كيفية عمل هذه الظاهرة.
يتمحور أحد هذه الألغاز حول مجموعة من المواد فائقة التوصيل تسمى ثنائي كالكوجينيدات المعادن الانتقالية (TMDs).
في شكلها الرقيق للغاية، يبدو أن اثنين من أجهزة TMD هذه تحتوي على فجوة طاقة واحدة فائقة التوصيل – وهي إحدى بصمات الأصابع التي يستخدمها الفيزيائيون لفهم كيفية اقتران الإلكترونات في موصل فائق.
المشكلة؟ لم تتم إضافة كل الرياضيات بشكل كامل لتناسب نظرية النطاق الواحد بدونها قليلا من التقريب.
الآن اكتشف باحثون من الجامعة العبرية في القدس في إسرائيل السبب، ونشروا نتائجهم في رسائل المراجعة البدنية: يبدو أن هناك نطاقين فائقي التوصيل هنا، متنكرين في هيئة واحدة.
يتصرف كلا النطاقين فائقي التوصيل بشكل مشابه إلى حد كبير لدرجة أن فجوات الطاقة بينهما تظهر كفجوة واحدة في القياسات.
حسب إلى فريق البحث: “إنه يشبه إلى حد ما الاستماع إلى ما يبدو وكأنه مغني واحد، فقط لاكتشاف أنه في الواقع ثنائي متزامن تمامًا.”
بدأ الباحثون بالموصل الفائق المعروف ديسيلينيد النيوبيوم (نبسي2)، وذلك باستخدام تقنية قياس حساسة للغاية تسمى التحليل الطيفي النفقي لرسم خريطة دقيقة لسلوك الإلكترون في المادة.
عندما تمت مقارنة القياسات التجريبية مع النماذج الرياضية، تبين أن النموذج ثنائي النطاق يناسب البيانات بشكل أفضل بكثير.
ما يبدو أنه يجعل المادة تبدو أبسط مما هي عليه في الواقع هو تشتت الإلكترونات القوي بشكل غير عادي، أو الحركة بين النطاقات، خلال عمر المادة. أزواج كوبر ضروري ل الموصلية الفائقة.
“تشير معلمات التشتت الكبيرة هذه إلى أنه خلال عمر زوج كوبر، تتعرض حاملات الشحنة لأحداث تشتت متعددة بين النطاقين، مما يؤدي إلى متوسط فجوتي التوصيل الفائق المنفصلتين على سطح فيرمي في فجوة فعالة واحدة يتم قياسها عن طريق النفق.” يكتب الباحثون في ورقتهم المنشورة.
ظهرت أيضًا أدلة على هذا السلوك ثنائي النطاق المقترن بقوة في قياسات المجال المغناطيسي اللاحقة.
لاحظ الباحثون أيضًا المزيد من الأدلة على سلوك اثنين في واحد في TMD آخر رفيع جدًا، ثاني كبريتيد التنتالوم (تاس2). يبدو أن نفس الظاهرة تحدث، مما يدعم فكرة أنها قد تمتد عبر المواد ذات الصلة في عائلة TMD.
لا توجد هذه TMDs إلا في أشكال رقيقة جدًا، ويعتقد الباحثون أن الإصدارات الأكثر سمكًا من NbSe2 يمكن إخفاء أكثر تعقيدا حالات الموصلية الفائقة، في انتظار اكتشافها.
في الوقت الحالي، يبدو أن لغز النحافة الفائقة قد تم حله، مما يمنحنا فهمًا أفضل لكيفية عمل هذه الموصلات الفائقة.
“تشير البيانات الموضحة بقوة إلى أن أطياف NbSe الرقيقة للغاية2 و تاس2 يمكن تفسيرها بنجاح من خلال الموصلية الفائقة ثنائية النطاق.” يكتب الباحثين.
قد تبدو هذه المفاهيم منفصلة عن الحياة اليومية، لكن الموصلات الفائقة يمكن أن تكون ذات أهمية كبيرة لشبكات الطاقة، والإلكترونيات، والتقنيات الكمومية في المستقبل – وهي تجهيزات عالية الكفاءة وفائقة السرعة مع الحد الأدنى من فقدان الحرارة.
في الوقت الحالي، تحتاج الموصلات الفائقة عادةً إلى ظروف خاضعة للرقابة الشديدة، ولا تزال التحديات التقنية تحد من استخدامها على نطاق واسع. مع تقدم التكنولوجياسنحتاج إلى معرفة بالضبط كيف تتصرف الإلكترونات في هذه المواد.
هذا ما يقدمه هذا البحث الأخير. إن الفهم العميق لحركة الإلكترون في أنواع وأحجام مختلفة من الموصلات الفائقة يمكن أن يساعد العلماء في نهاية المطاف السيطرة عليها بشكل أكثر دقة وأنظمة التصميم من حولهم.
تعتبر النتائج أيضًا تذكيرًا بأن العديد من الاكتشافات المهمة يمكن أن تحدث من خلال النظر عن كثب إلى شيء اعتقدنا أننا اكتشفناه بالفعل.
متعلق ب: لقد سجل الفيزيائيون للتو رقماً قياسياً عالمياً جديداً للموصلات الفائقة
هذا لن يكون فيزياء الموصلات الفائقة إذا لم يؤدي العثور على إجابة واحدة إلى المزيد من الأسئلة. أحد الطرق المستقبلية للبحث هو النظر عن كثب إلى NbSe الأكثر سمكًا وكثافة2، حيث قد تشارك ثلاثة نطاقات في الموصلية الفائقة.
“لا يمكن لبياناتنا التمييز بين التفسيرين، وهناك حاجة إلى مزيد من العمل لحل هذا السؤال المفتوح”. يكتب الباحثين.
وقد تم نشر البحث في رسائل المراجعة البدنية.
تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة ريبيكا داير وتم تحريره بواسطة ريبيكا داير. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا لاحظت خطأً، يرجى اعلامنا.
المصدر الأصلي: www.sciencealert.com
تاريخ النشر لدى المصدر: 2026-09-02 14:00:00
كاتب المصدر: David Nield
نُقل هذا المحتوى آلياً من المصدر المشار إليه أعلاه، وتبقى حقوق المحتوى والمعلومات للمصدر الأصلي. قد يخضع النص لمعالجة أو ترجمة آلية قبل النشر.
