فيزيائيون يتمكنون من الوصول للناقلية الفائقة دون الحاجة الى تبريد

تمكن فريق من العلماء في معهد ماكس بلانك لبنية وديناميكية المادة من وضع قطعة من السيراميك في حالة الناقلية الفائقة من غير الحاجة لتبريدها،

نافين بذلك الاعتقاد السائد بأن التوصيلية الفائقة تحتاج لتبريد عالي للمواد كي تتحقق(على الأقل -140 درجة مئوية).الناقلية الفائقة هي خاصية لبعض المواد الناقلة، حيث تسمح تلك المواد في حالة الناقلية الفائقة بتقل الإلكترونات( التيار الكهربائي) دون أي مقاومة، و بالتالي دون ضياه للطاقة! لهذه الخاصية تطبيقات كثيرة و هامة للغاية في مجالات عدة النقل، الطاقة المتجددة . حيث تمكن من تصميم قطارات مغناطيسية تطفو على سككها أو نقل الكهرباء دون فقد أي من الطاقة بأسلاك فائقة التوصيل. ولكن لحد الآن هذه التطبيقات محدودة للغاية،لأن خاصية الناقلية الفائقة تحتاج لتبريد المواد لدرجات منخفضة للغاية – تقترب من الصفر المطلق-.لكن خلال العقود الماضية ، أدرك العلماء أن المواد التي تبرد لدرجة قريبة من الصفر المطلق باستخدام النيتروجين السائل أو الهيليوم ليست الوحيدة القادرة على الوصول الى الناقلية الفائقة.ففي ثمانينيات القرن الماضي اكتشف أن بعض المواد يمكن أن تصل لهذه الحالة عند درجة حرارة أعلى -200 درجة مئوية، لا تزال باردة جداً و لكنها أعلى بشكل ملحوظ من الصفر المطلق. ولذلك سميت النواقل الفائقة ذات الدرجات الحرارة العالية.أحد الأمثلة على هذه المواد هي مادة تعرف بـ إتريوم-باريوم أكسيد النحاس (YBCO) يتم استخدامها في عدة مجالات تقنية، صنع أسلاكذات ناقلية فائقة، ومولدات و محركات كهربية و غيرها. تتكون هذه المادة من طبقتين رقيقتين للغاية من أكسيد النحاس بينهما طبقات أسمك تحوي الباريوم،النحاس و الأكسجين. تسمح هذه التركيبة بعمل روابط الكترونية تعرف بروابط كوبر Cooper bonds ،إن أزواج كوبر هذه لديها القدرة على النفاذ بين تلك الطبقات مثلما الأشباح تعبر الجدران (بفضل خاصية النفق الكمومي : هنا). و لكن هذه المقدرة على النفاذ بين طبقات المادة فائقة النقل لا تحصل إلا عند تبريدها لدرجات حرارة منخفضة.

فيزيائيو معهد ماكس بلانك قرروا مراقبة ما سيحصل لو قاموا بتشعيع هذه المادة بواسطة نبضات من الليزر بتردد مادون الأحمر.و ما وجدوه كان مثيراً! حيث و لجزء صغير من الثانية ( أجزاء من المليون من الميلي ثانية)أصبحث هذه المادة السيراميكية فائقة التوصيل عند درجة حرارة الغرفة، و دون الحاجة للتبريد.بالرغم من قصر المدة التي ظهرت خلالها خاصية الناقلية الفائقة للمادة، إلا أن هذه النتيجة دليل كاف على أنه بالإمكان الحصول على ناقلية فائقة في درجة حرارة الغرفة و دون تبريد. يعتقد الفريق أن نبضات الليزر تسببت بانزياح الذرات الفردية في الشبكة البلورية للمادة بشكل لحظي ما سيجعل من طبقات أكسيد النحاس أسمك والطبقة بينهما ستصبح أرق بنفس المقدار .هذا بدوره سيزيد من الاقتران الكمومي بين الطبقتين لدرجة تسمح بجعل البلورة فائقة النقل عند درجة حرارة الغرفة.

تم نشر هذه النتائج في مجلة نايتشر، هذه الدراسة واعدة للغاية في مجال أبحاث الناقلية الفائقة. فهي خطوة هامة في طريق الوصول لحلم النواقل الفائقة التي لا تحتاج لتبريد !

المصدر