الفيزياء

أخيرًا تم العثور على أول موصل فائق في درجة حرارة الغرفة

 عند تشغيل ضغط مرتفع بين ماستين (كما هو موضح) ، يمكن لمادة مصنوعة من الكربون والكبريت والهيدروجين نقل الكهرباء دون مقاومة في درجة حرارة الغرفة.

يقوم المركب بتوصيل الكهرباء بدون مقاومة حتى 15 درجة مئوية ، ولكن فقط تحت ضغط مرتفع

أبلغ العلماء عن اكتشاف أول موصل فائق في درجة حرارة الغرفة ، بعد أكثر من قرن من الانتظار.

يثير هذا الاكتشاف أحلام اليقظة للتقنيات المستقبلية التي يمكن أن تعيد تشكيل الإلكترونيات ووسائل النقل. تنقل الموصلات الفائقة الكهرباء بدون مقاومة ، مما يسمح للتيار بالتدفق دون أي فقد للطاقة. لكن يجب تبريد جميع الموصلات الفائقة التي تم اكتشافها سابقًا ، والعديد منها إلى درجات حرارة منخفضة جدًا ، مما يجعلها غير عملية في معظم الاستخدامات.

الآن ، وجد العلماء أول موصل فائق يعمل في درجة حرارة الغرفة - على الأقل في حالة وجود غرفة باردة إلى حد ما. أبلغ الفيزيائي رانجا دياس وزملاؤه من جامعة روتشستر في نيويورك وزملاؤه في 14 أكتوبر / تشرين الأول في دورية Nature أن هذه المادة فائقة التوصيل لدرجات حرارة أقل من 15 درجة مئوية (59 درجة فهرنهايت).

يقول كيميائي المواد راسل هيملي من جامعة إلينوي في شيكاغو ، والذي لم يشارك في البحث ، إن نتائج الفريق "لا تقل جمالًا".

ومع ذلك ، فإن القوى العظمى فائقة التوصيل للمادة الجديدة تظهر فقط عند ضغوط عالية للغاية ، مما يحد من فائدتها العملية.

قام دياس وزملاؤه بتشكيل الموصل الفائق عن طريق ضغط الكربون والهيدروجين والكبريت بين طرفي ماستين وضرب المادة بضوء الليزر لتحفيز التفاعلات الكيميائية. عند ضغط حوالي 2.6 مليون مرة عن الغلاف الجوي للأرض ، ودرجات حرارة أقل من حوالي 15 درجة مئوية ، اختفت المقاومة الكهربائية.

هذا وحده لم يكن كافيا لإقناع دياس. يقول: "لم أصدق ذلك في المرة الأولى". لذلك درس الفريق عينات إضافية من المادة ودرس خصائصها المغناطيسية.

من المعروف أن هناك تصادم بين الموصلات الفائقة والمجالات المغناطيسية - الحقول المغناطيسية القوية تمنع الموصلية الفائقة. من المؤكد أنه عندما تم وضع المادة في مجال مغناطيسي ، كانت هناك حاجة إلى درجات حرارة منخفضة لجعلها فائقة التوصيل. طبق الفريق أيضًا مجالًا مغناطيسيًا متذبذبًا على المادة ، وأظهروا أنه عندما أصبحت المادة موصلًا فائقًا ، فقد طردت هذا المجال المغناطيسي من باطنها ، وهي علامة أخرى على الموصلية الفائقة.

لم يتمكن العلماء من تحديد التركيب الدقيق للمادة أو كيفية ترتيب ذراتها ، مما يجعل من الصعب شرح كيف يمكن أن تكون فائقة التوصيل في درجات الحرارة المرتفعة نسبيًا. يقول دياس إن العمل المستقبلي سيركز على وصف المادة بشكل كامل.

عندما تم اكتشاف الموصلية الفائقة في عام 1911 ، تم العثور عليها فقط في درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق  (-273.15 درجة مئوية). ولكن منذ ذلك الحين ، اكتشف الباحثون بثبات مواد فائقة التوصيل في درجات حرارة أعلى. في السنوات الأخيرة ، سارع العلماء بهذا التقدم من خلال التركيز على المواد الغنية بالهيدروجين تحت ضغط عالٍ.

في عام 2015 ، قام الفيزيائي ميخائيل إريمتس Mikhail Eremets من معهد ماكس بلانك للكيمياء في ماينز بألمانيا وزملاؤه بضغط الهيدروجين والكبريت لإنشاء موصل فائق في درجات حرارة تصل إلى -70 درجة مئوية . بعد بضع سنوات ، قامت مجموعتان ، إحداهما بقيادة إريمتس والأخرى تضم هيملي والفيزيائي مادوري سومايازولو ، بدراسة مركب عالي الضغط من اللانثانوم والهيدروجين. وجد الفريقان دليلاً على الموصلية الفائقة عند درجات حرارة أعلى من -23 درجة مئوية و -13 درجة مئوية على التوالي ، وفي بعض العينات ربما تصل إلى 7 درجات مئوية.

إن اكتشاف موصل فائق في درجة حرارة الغرفة ليس مفاجئًا. تقول الكيميائية النظرية إيفا زوريك من جامعة بوفالو في نيويورك ، والتي لم تشارك في البحث: "من الواضح أننا كنا نتجه نحو هذا". لكن كسر حاجز درجة حرارة الغرفة الرمزي "أمر مهم حقًا".

إذا كان من الممكن استخدام موصل فائق في درجة حرارة الغرفة عند الضغط الجوي ، فيمكنه توفير كميات هائلة من الطاقة المفقودة للمقاومة في الشبكة الكهربائية. ويمكنه تحسين التقنيات الحالية ، من آلات التصوير بالرنين المغناطيسي إلى أجهزة الكمبيوتر الكمومية إلى القطارات المغنطيسية. يتصور دياس أن البشرية يمكن أن تصبح "مجتمعًا فائق التوصيل".

لكن العلماء حتى الآن لم يخلقوا سوى بقع صغيرة جدًا من المادة تحت ضغط عالٍ ، لذلك لا تزال التطبيقات العملية بعيدة المنال.

 

ومع ذلك ، "لم تعد درجة الحرارة حدًا" ، كما يقول سومايازولو ، من مختبر أرجون الوطني في ليمونت بولاية إلينوي ، والذي لم يشارك في البحث الجديد. وبدلاً من ذلك ، أصبح للفيزيائيين الآن هدفًا جديدًا: إنشاء موصل فائق في درجة حرارة الغرفة يعمل دون الضغط ، كما يقول سومايازولو. "هذه هي الخطوة الكبيرة التالية التي يتعين علينا القيام بها."

المصدر

النشرة البريدية

الرجاء تعبئة التفاصيل ادناه لتلقي نشرتنا البريدية