لقد حقق الفيزيائيون للتو الموصلية الفائقة عند أعلى درجة حرارة حتى الآن – تحت الضغط الطبيعي: ScienceAlert

يمكن للمواد فائقة التوصيل أن تُحدث ثورة في مجال الإلكترونيات، لو لم تكن بهذه الصعوبة.

إن تحويل المواد إلى هذه الحالة، حيث تتدفق التيارات الكهربائية بحرية دون أي مقاومة على الإطلاق، يتطلب أيًا منهما درجات حرارة منخفضة للغاية أو ضغوط عالية للغاية، أو كليهما.

وهذا يعني أن أي مزايا يمكنك الحصول عليها في العالم الحقيقي – مثل السيارات الكهربائية إعادة الشحن على الفور – سيتم تعويضه عن طريق الحاجة إلى وضع مجمد مبرد أو خلية سندان ماسية في مقعدك الخلفي.

لكن العلماء الآن يقتربون خطوة واحدة من صنع مواد فائقة التوصيل تعمل بالقرب من درجات الحرارة والضغوط اليومية.

حقق فريق بقيادة فيزيائيين في جامعة هيوستن رقما قياسيا عالميا جديدا الموصلية الفائقة، تحقيق أعلى درجة حرارة تحت الضغط المحيط.

قد لا تبدو درجة الحرارة هذه عالية جدًا -122.15 درجة مئوية (-187.87 درجة فهرنهايت) – ولكنها شديدة الحرارة بشكل إيجابي مقارنة بالمتطلبات المعتادة التي تكون مجرد شعرة فوق الصفر المطلق (-273.15 درجة مئوية).

ويساعد الرقم القياسي الجديد أيضًا على كسر الجمود المستمر منذ عقود موصل فائق ويرفع البحث درجة الحرارة بأكثر من 20 درجة مئوية.

“هذه خطوة كبيرة نحو الموصلات الفائقة العملية التي تعمل في درجة حرارة الغرفة والضغط.” يقول هوا تشو، فيزيائي في مختبر أرجون الوطني في الولايات المتحدة.

“مع استمرار قدرة هذه المادة على التوصيل الفائق عند الضغط الطبيعي، يمكن للعلماء دراستها باستخدام أدوات متاحة على نطاق واسع والبدء في تطوير تقنيات تعمل في ظل الظروف اليومية.”

المادة المعنية هي ما يسمى أ كبريتات الموصل الفائقوالتي تتكون من طبقات من أكسيد النحاس تتخللها أكاسيد فلزات أخرى. في هذه الحالة، هذا الزئبقوالباريوم والكالسيوم.

تُعرف هذه التركيبة الخاصة باسم Hg1223، ومنذ عام 1993 أصبحت كذلك عقد الرقم القياسي للحصول على موصل فائق لدرجة الحرارة العالية تحت الضغط المحيط. ولم يكن هذا الرقم القياسي معتدلاً إلى حد كبير -140.15 درجة مئوية.

ولتحسين هذا الرقم، أجرى الباحثون في الدراسة الجديدة بروتوكولًا يُعرف باسم إخماد الضغط على المادة. أولاً، تم ضغط Hg1223 في خلية سندانية ماسية تحت ضغط يصل إلى 30 جيجا باسكال. وهذا ضغط أعلى بحوالي 300 ألف مرة من الضغط الذي نتعرض له عند مستوى سطح البحر.

لكن الضغط كان مؤقتا فقط. ثم تم إطلاق هذا الضغط بسرعة كبيرة، مما يجعل المادة شبه مستقرة – وهي حالة تحافظ على بعض غرابتها الكمومية دون الحاجة إلى الحفاظ على الضغط الشديد.

أحد أفضل الأمثلة المعروفة للمواد شبه المستقرة قد يكون بين يديك الآن.

الماس ليس أكثر من مجرد كربون تعرض لضغط شديد في أعماق الأرض، لكنه يحافظ على بنيته الجديدة حتى بعد أن يتم سحبه إلى السطح.

عندما تتعرض المواد لضغوط عالية، فإنها تضغط الذرات بشكل أقرب إلى بعضها البعض لتشكل ترتيبات جديدة. إن تحرير الضغط ببطء يسمح للذرات بالاسترخاء مرة أخرى إلى بنيتها الطبيعية، لكن التحرير السريع يؤدي إلى تكوين عيوب صغيرة في المادة.

ويبدو أن هذه العيوب هي التي تحافظ على Hg1223 فائق التوصيل في درجات الحرارة المرتفعة، حتى عندما يعود الضغط إلى المستويات المحيطة.

تم تأكيد القوى العظمى للمادة من خلال التحليل باستخدام مصدر الفوتون المتقدم (APS)، وهو ليزر أشعة سينية قوي في أرجون يمكنه مراقبة الاختلافات المجهرية في المادة بدقة.

Hg1223 ليس الموصل الفائق الأكثر دفئًا على الإطلاق: هذا الشرف يذهب إلى عينة من ديكاهيدريد اللانثانم، والتي ظلت فائقة التوصيل حتى -13.15 درجة مئوية، وهي درجة حرارة يمكن أن تصل إليها في الثلاجة في المنزل.

ومع ذلك، فإن ما لا يمكنك تحقيقه في المنزل هو الضغط الساحق الذي يصل إلى 190 جيجاباسكال، وهو ما يمكن مقارنته باللب الخارجي للأرض. إنها مقايضة تجعل 30 جيجاباسكال من Hg1223 تبدو هادئة ومرحة.

متعلق ب: اكتشف الفيزيائيون حالات التوصيل الفائق التي تصبح أقوى في ظل الظروف التي تهدف إلى قتلهم

لكن الأمل على المدى الطويل هو أنه في نهاية المطاف، قد لا تكون هناك حاجة إلى مقايضة على الإطلاق. يمكن أن يكون للموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة والضغط المحيط فوائد هائلة تخزين الطاقة وتسليمها على نطاق الشبكة, المركبات الكهربائيةوحتى استرفاع.

لا تزال هذه الطلبات بعيدة المنال بالطبع، ولكن كل خطوة جديدة تقربنا قليلاً.

وقد نشر البحث في المجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة كارلي كاسيلا وتم تحريره بواسطة بيتر دوكريل. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا لاحظت خطأً، يرجى اعلامنا.