2023-05-26 17:09PM UTC
السؤال المطروح هو كيف يمكننا إنتاج أفضل الموصلات الفائقة التي تظل فائقة التوصيل حتى في أعلى درجات الحرارة والضغط المحيط؟ تُظهر جامعة فيينا للتكنولوجيا بالتعاون مع اليابان أن هناك "منطقة Goldilocks" من الموصلات الفائقة حيث يمكن أن تكون المواد القائمة على البلاديوم هي الحل.
قد يكون عصر جديد من الموصلات الفائقة على وشك البدء: في الثمانينيات ، كانت العديد من المواد فائقة التوصيل (تسمى النحاسات) تعتمد على النحاس. ثم تم اكتشاف النيكل - نوع جديد من المواد فائقة التوصيل التي تعتمد على النيكل.
إنه أحد أكثر السباقات إثارة في الفيزياء الحديثة. في السنوات الأخيرة ، بدأ عصر جديد من الموصلية الفائقة باكتشاف النيكل. تعتمد هذه الموصلات الفائقة على النيكل ، ولهذا يتحدث العديد من العلماء عن "عصر النيكل لأبحاث الموصلية الفائقة". في كثير من النواحي ، تشبه النيكل النحاسيات ، التي تعتمد على النحاس وتم اكتشافها في الثمانينيات.
الآن تدخل فئة جديدة من المواد في المجال، فبالتعاون بين TU Wien والجامعات في اليابان ، كان من الممكن محاكاة سلوك المواد المختلفة بشكل أكثر دقة على الكمبيوتر من ذي قبل.
وهناك "منطقة Goldilocks" تعمل فيها الموصلية الفائقة بشكل جيد. ولا يتم الوصول إلى هذه المنطقة بالنيكل ولا بالنحاس ، بل بالبلاديوم. يمكن أن يؤدي هذا إلى "عصر جديد من المسطحات" في أبحاث الموصلية الفائقة.
البحث عن موصلات في درجة حرارة أعلى
في درجات الحرارة الدافئة ، تتصرف الموصلات الفائقة بشكل مشابه جدًا للمواد الموصلة الأخرى. ولكن عندما يتم تبريدهم إلى ما دون "درجة حرارة حرجة" معينة ، فإنهم يتغيرون بشكل كبير ، وتختفي مقاومتهم الكهربائية تمامًا وفجأة يمكنهم توصيل الكهرباء دون أي خسارة. يسمى هذا الحد ، الذي تتغير عنده المادة بين حالة التوصيل الفائق وحالة التوصيل الطبيعي ، "درجة الحرارة الحرجة".
قال البروفيسور كارستن هيلد من معهد فيزياء الحالة الصلبة في جامعة TU Wien: "لقد تمكنا الآن من حساب" درجة الحرارة الحرجة "لمجموعة كاملة من المواد. من خلال النمذجة على أجهزة الكمبيوتر عالية الأداء ، تمكنا من التنبؤ بمخطط طور الموصلية الفائقة للنيكل بدرجة عالية من الدقة ، كما أظهرت التجارب لاحقًا ".
وتصبح العديد من المواد فائقة التوصيل فقط فوق الصفر المطلق (-273.15 درجة مئوية) ، بينما تحتفظ مواد أخرى بخصائصها فائقة التوصيل حتى في درجات حرارة أعلى بكثير. إن الموصل الفائق الذي لا يزال فائق التوصيل في درجة حرارة الغرفة العادية والضغط الجوي الطبيعي سيحدث ثورة أساسية في الطريقة التي نولد بها الكهرباء وننقلها ونستخدمها.
ومع ذلك ، لم يتم اكتشاف هذه المواد بعد. ومع ذلك ، تلعب الموصلات الفائقة عالية الحرارة ، بما في ذلك تلك الموجودة في فئة cuprate ، دورًا مهمًا في التكنولوجيا - على سبيل المثال ، في نقل التيارات الكبيرة أو في إنتاج مجالات مغناطيسية قوية للغاية.
نحاس؟ نيكل؟ أم بالاديوم؟
من الصعب البحث عن أفضل المواد فائقة التوصيل الممكنة. هناك العديد من العناصر الكيميائية المختلفة التي هي موضع تساؤل. يمكنك تجميعها معًا في هياكل مختلفة ، ويمكنك إضافة آثار صغيرة من العناصر الأخرى لتحسين الموصلية الفائقة.
لاحظ البروفيسور هيلد ، "للعثور على مرشحين مناسبين ، عليك أن تفهم على المستوى الكمي الفيزيائي كيف تتفاعل الإلكترونات مع بعضها البعض في المادة."
أظهر هذا أن هناك قوة مثلى لتفاعل الإلكترونات. يجب أن يكون التفاعل قويًا ، ولكن ليس قويًا أيضًا. هناك "منطقة ذهبية" بينهما تجعل من الممكن تحقيق أعلى درجات حرارة انتقالية.
البلاديوم كحل أمثل
لا يمكن الوصول إلى هذه المنطقة الذهبية للتفاعل المتوسط مع النحاسيات ولا بالنيكلات ، ولكن يمكن للمرء أن يضرب عين الثور بنوع جديد من المواد: ما يسمى palladates.
وأوضح البروفيسور هيلد أن "البلاديوم يقع مباشرة تحت النيكل بخط واحد في الجدول الدوري. الخصائص متشابهة ، لكن الإلكترونات الموجودة هناك في المتوسط بعيدة إلى حد ما عن النواة الذرية وعن بعضها البعض ، وبالتالي يكون التفاعل الإلكتروني أضعف ".
توضح حسابات النموذج كيفية تحقيق درجات حرارة انتقالية مثالية لبيانات البلاديوم. علق البروفيسور هيلد: "النتائج الحاسوبية واعدة للغاية". نأمل أن نتمكن الآن من استخدامها لبدء البحث التجريبي. إذا كان لدينا فئة إضافية جديدة تمامًا من المواد المتاحة مع palladates لفهم الموصلية الفائقة بشكل أفضل ولإنشاء موصلات فائقة أفضل ، فقد يؤدي ذلك إلى دفع مجال البحث بأكمله إلى الأمام ".
يبدو أن هذه أخبار جيدة للغاية. يكشف أن فهم ما يحدث عند حدوث الموصلية الفائقة يتحسن كثيرًا. هنا يكمن الطريق إلى مستقبل فائق التوصيل.
المشكلة القادمة هي أن البلاديوم ليس عنصرًا منخفض التكلفة. ولا توجد احتياطيات ضخمة معروفة. قد يتذكر المرء أن الطلب عليه لم يقاس بملايين الأطنان أيضًا. لذا فإن كيفية عمل هذه المسألة لا يمكن التنبؤ بها بدرجة كبيرة حتى الآن وقد يستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن تتوفر الأرقام الجيدة بسهولة.
من العدل الاعتقاد بأن الموصلية الفائقة ستصل إلى بعض الاستخدامات التجارية يومًا ما. يبدو أن السؤال يتعلق بالتطبيقات الاقتصادية.
من المؤكد أن هذا سيزيد من الاهتمام بعلم المعادن. لا تزال أبحاث الموصلية الفائقة حديثة العهد. أهداف التصميم تحصل على فهم أفضل. من المؤكد أنه سيكون هناك مزيد من التقدم والاختراقات أكثر تواترا. هذه التكنولوجيا بدأت للتو.
2024-04-26 18:34PM UTC
2024-04-26 15:34PM UTC
2024-04-26 13:14PM UTC
2024-04-26 11:01AM UTC
2024-04-26 11:01AM UTC
2024-04-26 11:00AM UTC