اكتشف الفيزيائيون حدًا أساسيًا للمقاومة الكهربائية

وجدت محاكاة كمومية سقفًا للمقاومة الناتجة عن تصادمات الإلكترون.

في كل مرة تتدفق فيها الكهرباء عبر سلك، فإن بعضًا من طاقتها تُفقد حتماً على شكل حرارة بسبب تصادم الإلكترونات مع بعضها البعض ومع المواد المحيطة بها. ولكن إلى أي مدى يمكن لهذه التصادمات أن تزيد المقاومة الكهربائية؟ تشير دراسة جديدة إلى وجود حد أساسي.

وللتحقق من ذلك، قام باحثون من جامعة تورنتو، والمدرسة العليا للأساتذة في باريس، و جامعة ليهاي تحولت إلى بديل غير معتاد للإلكترونات: تبريد ذرات البوتاسيوم فائقة البرودة إلى درجات حرارة أعلى بقليل الصفر المطلق.

ومن خلال التحكم بدقة في عدد مرات تصادم الذرات، وجدوا أن المقاومة تزيد فقط إلى نقطة معينة قبل أن تستقر. يوفر هذا الاكتشاف دليلًا تجريبيًا نادرًا على وجود حد مجهري للمقاومة ويمكن أن يحسن فهم العلماء لسلوك الإلكترون في المواد الكمومية.

“من المعروف أن اصطدامات الإلكترون بالإلكترون تزيد من المقاومة في بعض المواد النقية”، يوضح البروفيسور جوزيف ثيويسن من قسم الفيزياء ومركز المعلومات الكمية والتحكم الكمي في كلية الآداب والعلوم بجامعة تورنتو، وهو مؤلف رئيسي لدراسة نشرت في رسائل المراجعة البدنية. “تظهر الطاقة الناتجة عن المقاومة الكهربائية على شكل حرارة. فخطوط النقل، على سبيل المثال، تفقد ما يصل إلى 8٪ من الطاقة الكهربائية المولدة. كما أن دراسة المقاومة مثيرة للاهتمام لأنها يمكن أن تكون علامة على فيزياء جديدة في المواد.”

شعرية خفيفة تعزل الاصطدامات

اعتمدت التجربة على شبكة بصرية، وهي شبكة مصنوعة من الضوء تثبت الذرات في مكانها وتسمح لها بالتصرف مثل الإلكترونات التي تتحرك عبر مادة صلبة. يتيح هذا الإعداد المتحكم فيه للعلماء إعادة إنشاء الظروف القاسية التي لا تستطيع المواد الصلبة العادية الوصول إليها والتركيز بشكل خاص على كيفية تأثير الاصطدامات على المقاومة.

يقول ثيويسن: “لقد لاحظنا أن الذرات، التي يبلغ حجمها بضعة نانومترات فقط، تصطدم ببعضها البعض كما لو كانت أكبر بكثير”. “هذا التعزيز الكمي للفعالية ذرة الحجم يجعل الاصطدامات على موقع شبكي معين أكثر احتمالا بكثير، مما يزيد من مقاومة النظام.

المقاومة تصل إلى السقف

عندما أصبحت التفاعلات بين الذرات قوية جدًا، لم تعد المقاومة الناتجة عن الاصطدام تتزايد. وبدلا من ذلك، وصلت إلى نقطة التشبع. وتشير النتيجة إلى أن المقاومة الناجمة عن تشتت الإلكترون في المعادن قد تواجه حدًا أعلى مماثلًا.

يقول ثيويسن: “توفر نتائجنا فهمًا مجهريًا واضحًا لكيفية عمل المقاومة في المعادن منخفضة الكثافة، وتفتح الباب أمام دراسات جديدة حول الأنظمة الذرية والمواد الكمومية المترابطة بقوة”.

المرجع: “وحدة الشبكة: المقاومة التصادمية المشبعة في معادن هوبارد” بقلم فرانك كورابي، وروبن تي ليرن، وبنجامين دريسن، وأنطوان لوفيفر، وكزافييه ليروناس، وفريديريك تشيفي، وكورا جيه فوجيوارا، وجوزيف إتش ثيويسن، 26 مايو 2026، رسائل المراجعة البدنية.
دوى: 10.1103/bhw8-p536

التمويل: مجلس أبحاث العلوم الطبيعية والهندسة في كندا، الوكالة الوطنية للبحوث، المعهد الجامعي الفرنسي

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