يمكن للمواد فائقة التوصيل أن تحمل الكهرباء مع فقدان الحرارة صفروالتي من المحتمل أن تكون ثورية في شبكات الطاقة، وأنظمة الكمبيوتر، وغير ذلك الكثير، مما يجعلها ذات أهمية كبيرة للعلماء.
ومع ذلك، لاستخدامها على نطاق واسع وعملي، نحتاج إلى معرفة المزيد عن كيفية عمل الموصلات الفائقة، وجعلها تعمل في درجات الحرارة والضغوط العادية.
حتى الموصلات الفائقة المصنفة على أنها “درجة حرارة عالية” تحتاج إلى تبريدها إلى درجة أقل بكثير من درجة التجمد حتى تعمل بشكل صحيح.
قام باحثون من جامعة وارويك في المملكة المتحدة ومرفق الإشعاع السنكروتروني الأوروبي في فرنسا بنشر دراسة في رسائل المراجعة البدنية وهو ما ينقض افتراضًا عمره 40 عامًا حول مجموعة من الموصلات الفائقة عالية الحرارة تسمى النحاسيات (السيراميك القائم على النحاس).
منذ اكتشافها في عام 1986، كان يُعتقد أن النحاسات تمتلك بنية بلورية موحدة داخليًا.
يشير هذا البحث الأخير إلى أنها في الواقع مكونة من خليط من الهياكل المختلفة.
إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ التشغيل التلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة داخل صورة؛ مشاركة الويب” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen>“على مدى أربعين عامًا، كان الافتراض العملي هو أن هذه المواد هي نفسها طوال الطريق، وكل النظريات تقريبًا مبنية على تلك الصورة”. يقول الكيميائي مارك سين، من جامعة وارويك.
“لقد أظهرنا أنه لا يصمد.”
لتحقيق هذا الاكتشاف، استخدم الباحثون تقنية تسمى حيود الأشعة السينية ثلاثية الأبعاد (3DXRD)، والتي يمكنها التقاط الهياكل البلورية في جميع أنحاء المادة الداخلية عن طريق قياس الإجهاد في نقاط مختلفة.
كانت المادة التي تم تحليلها عبارة عن نوع من النحاسات يُعرف باسم LESCO (أكسيد النحاس اللانثانم واليوروبيوم والسترونتيوم)، والذي تم اختباره عند درجات حرارة تتراوح بين 300 كلفن (26.9 درجة مئوية / 80.3 درجة فهرنهايت) و100 كلفن (-173.2 درجة مئوية / -279.7 درجة فهرنهايت).
إنها المرة الأولى التي يتم فيها فحص الجزء الداخلي من النحاسات بهذا العمق والتفصيل، وأظهر المسح مفاجأة: ترتيبان ذريان مختلفان، تفصل بينهما حدود أوسع بكثير مما هو معتاد في مواد مثل هذه.
“إن البلورة مرقعة ومزخرفة بشكل أساسي، مع وجود مناطق حدودية واسعة بشكل غير عادي من المحتمل أن تعمل ضدها الموصلية الفائقة بدلاً من مجرد الجلوس بجانبه” يقول سين.
يمنح هذا الاكتشاف العلماء فهمًا أفضل بكثير لصفات التوصيل الفائق للـ LESCO ، وربما النحاسات الأخرى. وما كان مفترضًا سابقًا بشأن هذه المواد كان في الواقع تبسيطًا مبالغًا فيه.
تعد حركة الإلكترون أمرًا ضروريًا لنقل الكهرباء عبر المادة، ويمكن أن تؤثر الهياكل والحدود المحددة في هذا البحث على كيفية اقتران الإلكترونات وترتيب نفسها في أنماط، وهو أمر يمكن تحليله في الدراسات المستقبلية.
“قد يفسر هذا سبب أداء بعض المواد بشكل أفضل من غيرها ويعني أن بعض القياسات المجمعة الحالية ستحتاج إلى إعادة تفسير وبناء نماذج نظرية مستقبلية تتضمن هذا التعقيد الهيكلي.” يقول سين.
بعد ذلك، يريد الباحثون استخدام نفس التقنية للنظر داخل مواد أخرى، بما في ذلك النحاسيات الأخرى، لمعرفة كيف تشكل بنيتها الداخلية سلوكها.
يوضح هذا الاكتشاف أنه لا يزال أمامنا الكثير لنتعلمه عن الموصلات الفائقة، حتى تلك التي تم التعرف عليها لأول مرة قبل أربعة عقود.
بالفعل هذا العام رأينا مجموعة من الباحثين سجلات درجات الحرارة الجديدة للموصلات الفائقة، كسر القواعد التقليدية من هذه المواد و تحديد حالات الموصلية الفائقة الجديدة.
كل هذا يجعلنا أقرب إلى القدرة على استخدام الموصلية الفائقة خارج المختبر وحالات الاستخدام المتخصصة للغاية (مثل التصوير بالرنين المغناطيسي الماسحات الضوئية).
أحد الأسئلة التي تحتاج إلى مزيد من البحث هو ما إذا كان يجب على العلماء التعامل مع هذه الموصلات الفائقة كمواد مفردة من الآن فصاعدا – أو ما إذا كانت الهياكل المختلفة والحدود الكبيرة الموجودة داخل LESCO تعني أنه من المنطقي التفكير في الموصلات الفائقة مثل هذه كمواد متعددة في مادة واحدة.
“التقنيات التجريبية الجديدة، مثل المسح ثلاثي الأبعاد الموضح هنا، ستكون مفيدة في التقاط البيانات الهيكلية عالية الدقة اللازمة لمواجهة هذا التحدي، مما يتيح فهمًا أكثر دقة للمواد المعقدة.” يكتب الباحثون في ورقتهم المنشورة.
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 اكتشفت خطأً، يرجى اعلامنا.
