وفي ظل ظروف معينة – مثل درجات حرارة هشاشة العظام الأقل من تلك الموجودة في الفضاء السحيق – يمكن للموصلات الفائقة أن تفعل ذلك توصيل الكهرباء دون مقاومة وما ينتج عنها من فقدان للطاقة.
على الرغم من أنها تختلف في تركيبها الكيميائي، ونطاقات درجة الحرارة التشغيلية، والخواص المغناطيسية، إلا أن الموصلات الفائقة تأتي في مجموعتين.
أولاً، تختلف الموصلات الفائقة التقليدية وغير التقليدية في كيفية تشابك إلكتروناتها في ترادفات تسمى أزواج كوبر، وهي حالة مشاركة الهوية التي تسمح لهم بالانزلاق برشاقة عبر الخليط الذري لموادهم لتسهيل التدفق الكهربائي دون انقطاع.
ثانيًا، تستجيب الموصلات الفائقة من النوع الأول والنوع الثاني بشكل مختلف للمجالات المغناطيسية، مع أنواع مختلفة من العتبات التي تتوقف عندها فجأة عن العمل كموصلات فائقة وتبدأ في التصرف مثل الموصلات العادية.
تعتبر الأصناف غير التقليدية والنوع الثاني أكثر غرابة بشكل عام؛ سيارات لامبورغيني في مجالها، تتخطى الحدود المادية لأنها تتطلب هندسة مخصصة.
قد تكون أيضًا أكثر ملاءمة للاستخدام في العمل تقنيات مثل التصوير بالرنين المغناطيسي، بقدر ما كانت سيارات لامبورجيني عبارة عن جرارات.
ولكن ربما لم يعد كذلك. لأنه ولأول مرة، ابتكر الفيزيائيون النوع الأول موصل فائق مادة يمكنها على ما يبدو أن تكسر التناظر الرياضي للزمن، وهي السمة المميزة للموصلات الفائقة غير التقليدية من النوع الثاني.
يُعرف هذا باسم التناظر العكسي للزمن، ويتضمن ملاحظة غريبة مفادها أن معظم قوانين الفيزياء تعمل بشكل جيد على قدم المساواة ما إذا كان الوقت يتدفق رياضيا إلى الأمام أو إلى الخلف
وفي دراسة نشرت مؤخرا في رسائل المراجعة البدنية، قام فريق دولي من علماء الفيزياء بقيادة المعهد الهندي لتعليم العلوم والبحوث (IISER) بوبال بتحليل ووصف الخصائص الكهربائية والكمية الفريدة لهذه المادة، مما يشير إلى أنها قد تتحسن في نهاية المطاف الحوسبة الكمومية التصاميم.
قام الباحثون بتصنيع بلورات مفردة من مادة تسمى الإيتربيوم ديانتيمونيد (YbSb2) واستخدموها الأشعة السينية لتحديد نقائها الكيميائي وبنيتها البلورية المعقدة، وهي بنية شائعة في الموصلات الفائقة التقليدية وغير التقليدية لأنها تسمح بظهور السلوكيات الكمومية.
وقد توصلوا إلى أن مقاومتها الكهربائية انخفضت إلى الصفر وأصبحت فجأة فائقة التوصيل عند درجة حرارة تبلغ حوالي -272 درجة مئوية (-457.6 درجة فهرنهايت)، وهي درجة حرارة أعلى قليلاً من ذلك بقليل. الصفر المطلق (-273.15 درجة مئوية).
إلى جانب قياسات الحرارة المحددة لكيفية استجابة إلكتروناتها للحرارة، أكد الباحثون أن مادتهم أظهرت خصائص التوصيل الفائق من النوع الأول.
ساعد هذا الإجراء أيضًا في تأكيد حالته “الفجوة الكاملة”، مما يعني أنه يتميز بحاجز طاقة يجعل من الصعب فصل إلكتروناته المقترنة، وبالتالي إخراجه من حالة التوصيل الفائق.
كما استخدم الباحثون نوعين من التحليل الطيفي للميون، وهي تقنية فحص كمي تكشف عن المجالات المغناطيسية داخل المادة عن طريق تسليط الميونات عليها، أو الجسيمات دون الذرية الأساسية التي تعمل مثل المغناطيس الصغير.
وعندما فعلوا ذلك دون تطبيق مجال مغناطيسي خارجي، كشفوا أنه بمجرد دخول المادة إلى مرحلة التوصيل الفائق، ظهرت مجالات مغناطيسية داخلية صغيرة تلقائيًا داخلها.
قدم هذا دليلًا رئيسيًا على أن YbSb2 يمكنه كسر التناظر العكسي للزمن، نظرًا لأن المجالات المغناطيسية تعكس اتجاهها عندما يتم عكس الزمن رياضيًا – وإذا لم تفعل ذلك، فإنها ستحافظ على هذه الخاصية الغريبة بدلاً من كسرها. وقت.
وفي نسخة أخرى من تقنية الفحص الكمي هذه، طبق الباحثون مجالات مغناطيسية خارجية أثناء إشعاع المادة بالميونات.
بالإضافة إلى ذلك، عندما تكون الإلكترونات في حالة التوصيل الفائق بكميات كبيرة، لا تقترن الإلكترونات في YbSb2 بطريقة تقليدية.
بدلاً من ذلك، فإنهم يجتمعون معًا في “ثنائي مغزلي ثلاثي” غير تقليدي، وهو زوج كوبر ولكنه يسمى ثلاثيًا بسبب التركيبات المحتملة لسبينات الإلكترونات.
الأهم من ذلك، أن هذه الحالة تُسمى بطريقة ملتوية “الحالة الثلاثية غير الوحدوية غير المتماثلة داخليًا (INT)،” لذا فهي تعرض عزمًا مغناطيسيًا صافيًا – ولا تُلغى قواها المغناطيسية.
يسمح هذا الاقتران لـ YbSb2 بكسر تناظر انعكاس الزمن من تلقاء نفسه، دون الحاجة إلى مجال مغناطيسي خارجي للقيام بذلك.
لمعرفة كيفية تشكل التوائم الثلاثية، قام الباحثون بتصميم مادتهم بناءً على الصفات الفيزيائية الأساسية، وكشفوا أن كل إلكترون من الإلكترونات المقترنة يأتي من مدارات طاقة مختلفة.
ونتيجة لذلك، قد تجعل خصائصه المدمجة YbSb2 قادرًا على استضافة “أوضاع سطح ماجورانا الخالية من الفجوات”، وهي ليست من أكثر المنتجات مبيعًا زيلدا لعبة.
وهذا يعني أنه في درجات الحرارة المنخفضة، بينما يعمل الجزء الأكبر منه كموصل فائق تتدفق من خلاله الإلكترونات دون عوائق، قد يظهر سطحه أنماط ماجورانا، أو الإثارة الكمومية التي تعمل كجسيمات مضادة خاصة بها. (ربما يمكن مقارنتها باللذيذ خمر أحمر، الذي ينقل الهواء من خلال كتلته والسكر من خلال حوافه)
وهذا يمكن أن يمثل أكثر من مجرد اختراق نظري.
قد تكون مثل هذه “المواد الكمومية الطوبولوجية” أكثر قدرة على حماية المعلومات الكمومية من خلال جعلها أقل عرضة للظروف الخارجية مثل الحرارة أو الضوضاء الكهرومغناطيسية – وهي مصادر التداخل التي تخرج الأنظمة الكمومية من حالاتها المتشابكة (وبالتالي المفيدة) وتحيلها إلى القدرات الحاسوبية لأجهزة الكمبيوتر العادية.
وقد تم نشر البحث في رسائل المراجعة البدنية.
تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة فيونا ماكدونالد وتم تحريره بواسطة فيونا ماكدونالد. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا لاحظت خطأً، يرجى اعلامنا.
