وقال راسل هيملي ، عالم المواد بجامعة جورج واشنطن بواشنطن العاصمة ، أمام حشد من الباحثين في 4 مارس في اجتماع الجمعية الفيزيائية الأمريكية: "نعتقد أن هذا هو عصر جديد من الموصلية الفائقة".
أضاءت الصور خلف الشاشة خلفه: رسم تخطيطي لجهاز لسحق أشياء صغيرة بين النقاط الفائقة للماس المتعارض ، الرسوم البيانية لدرجة الحرارة والمقاومة الكهربائية ، كرة متوهجة بعلامة "X" سوداء خشنة مائلة عبر مركزها.
كانت هذه الصورة الأخيرة تجسيدًا للعصر الجديد نفسه: عينة صغيرة من اللانثانوم الفائق (أو LaH10) مضغوطة لضغوط مماثلة لتلك الموجودة جزئيًا في قلب الأرض وتسخن بالليزر لدرجات حرارة تقترب من أواخر الشتاء في نيو إنجلاند . (هذه حرارة متدرجة وفقًا لمعايير أبحاث الموصلية الفائقة ، التي تُجرى عادةً في ظروف باردة في المختبر). وفي ظل هذه الظروف ، وجد هيملي وفريقه ، يبدو أن LaH10 يتوقف عن مقاومة حركة الإلكترونات بين ذراته. يبدو أنه ، كما وصفه هيملي في حديثه لوكالة الأنباء الجزائرية وفي ورقة نشرت في 14 يناير في مجلة Physical Review Letters ، "موصل فائق لدرجة حرارة الغرفة".
العلوم المجمدة
في عام 1911 ، اكتشف الفيزيائي الهولندي هايك كاميرلينج أونز أنه في درجات الحرارة المنخفضة للغاية ، تظهر مواد معينة خصائص كهربائية غير عادية.
في الظروف العادية ، يفقد التيار الكهربائي الذي يمر عبر مادة موصلة (مثل الأسلاك النحاسية) بعض الشدة على طول الطريق. حتى الموصلات الجيدة جدًا التي نستخدمها في شبكاتنا الكهربائية غير كاملة وتفشل في نقل كل الطاقة من محطة طاقة إلى منفذ الحائط الخاص بك. بعض الإلكترونات تضيع على طول الطريق.
لكن الموصلات الفائقة مختلفة. سيستمر التيار الكهربائي الذي يتم إدخاله في حلقة من الأسلاك فائقة التوصيل في الدائرة إلى الأبد ، دون أي خسارة. تقوم الموصلات الفائقة بطرد المجالات المغناطيسية ، وبالتالي تدفع بقوة المغناطيس بعيدًا. لديهم تطبيقات في الحوسبة عالية السرعة وغيرها من التقنيات. تكمن المشكلة في أن أنواع درجات الحرارة المنخفضة للغاية التي تعمل فيها الموصلات الفائقة عادة ما تجعلها غير عملية للاستخدام الشائع.
الصيد بدون خريطة
لأكثر من قرن ، بحث الفيزيائيون عن الموصلية الفائقة في المواد الأكثر دفئًا. لكن العثور على الموصلية الفائقة يشبه إلى حد ما ضرب الذهب: قد تخبرك التجارب والنظريات السابقة على نطاق واسع بمكان البحث عنه ، ولكنك لن تعرف مكانها حقًا حتى تقوم بعمل التحقق المكلف والمضيع للوقت.
قالت ليليا بوري ، الفيزيائية بجامعة سابينزا في روما ، التي قدمت العمل بعد أن استكشف هيملي إمكانية وجود موصلات فائقة الحرارة أكثر دفئًا من LaH10 ، وشرح سبب وجود مواد مثل هذه: "لديك الكثير من المواد. لديك مساحة كبيرة لاستكشافها". فائقة التوصيل في ضغوط شديدة.
في عام 1986 ، اكتشف الباحثون سيراميك فائق التوصيل في درجات حرارة تصل إلى 30 درجة فوق الصفر المطلق ، أو ناقص 406 درجة فهرنهايت (ناقص 243 درجة مئوية). في وقت لاحق ، في التسعينات ، بحث الباحثون أولاً بجدية عن ضغوط عالية جدًا ، لمعرفة ما إذا كانوا قد يكشفون عن أنواع جديدة من الموصلات الفائقة.
لكن في ذلك الوقت ، أخبر Boeri Live Science ، أنه لا تزال لا توجد طريقة جيدة لتحديد ما إذا كانت المادة ستصبح فائقة التوصيل ، أو في أي درجة حرارة ستفعل ذلك ، حتى يتم اختبارها. ونتيجة لذلك ، ظلت سجلات درجات الحرارة الحرجة - درجات الحرارة التي تظهر عندها الموصلية الفائقة - منخفضة للغاية.
وقال بويري: "كان الإطار النظري موجودًا ، لكن لم يكن لديهم القدرة على استخدامه".
جاء الاختراق الكبير التالي في عام 2001 ، عندما أظهر الباحثون أن ثنائي أكسيد المغنيسيوم (MgB2) كان فائق التوصيل عند 39 درجة فوق الصفر المطلق ، أو ناقص 389 فهرنهايت (ناقص 234 درجة مئوية).
وقالت: "كانت منخفضة للغاية ، ولكن في ذلك الوقت كان إنجازًا كبيرًا ، لأنه أظهر أنه يمكن أن يكون لديك موصلية فائقة مع درجة حرارة حرجة كانت ضعف ما كان يعتقد سابقًا أنه ممكن"
سحق الهيدروجين
منذ ذلك الحين ، تحول البحث عن الموصلات الفائقة الدافئة بطريقتين رئيسيتين: أدرك علماء المواد أن العناصر الأخف وزعت إمكانيات محيرة للإيصال الفائق. وفي الوقت نفسه ، تقدمت نماذج الكمبيوتر إلى النقطة حيث يمكن للمنظرين التنبؤ مسبقًا بدقة كيف قد تتصرف المواد في الظروف القاسية.
بدأ الفيزيائيون في المكان الواضح.
قال بويري: "إذن ، أنت تريد استخدام العناصر الخفيفة ، والعنصر الأخف هو الهيدروجين". "لكن المشكلة تكمن في الهيدروجين نفسه - هذا لا يمكن جعله فائق التوصيل ، لأنه عازل. لذا ، للحصول على موصل فائق ، عليك أولاً أن تصنعه معدنًا. عليك أن تفعل شيئًا به ، وأفضل شيء يمكنك القيام به هو عصرها ".
في الكيمياء ، يعد المعدن إلى حد كبير أي مجموعة من الذرات مرتبطة ببعضها البعض لأنها تجلس في حساء الإلكترونات المتدفق بحرية. معظم المواد التي نسميها المعادن ، مثل النحاس أو الحديد ، معدنية في درجة حرارة الغرفة وفي ضغوط جوية مريحة. لكن المواد الأخرى يمكن أن تصبح معادن في بيئات أكثر تطرفًا.
من الناحية النظرية ، الهيدروجين هو واحد منهم. لكن هناك مشكلة.
وقال هيملي في حديثه "يتطلب ذلك ضغطا أعلى بكثير مما يمكن عمله باستخدام التكنولوجيا الحالية."
وهذا يترك الباحثين يبحثون عن المواد التي تحتوي على الكثير من الهيدروجين الذي سيشكل المعادن - ونأمل أن يصبح موصلًا فائقًا ، تحت ضغوط يمكن تحقيقها.
قال Boeri ، إن المنظرين الذين يعملون مع نماذج الكمبيوتر يعرضون مواد تجريبية قد تكون موصلات فائقة. ويختار التجريبيون أفضل الخيارات للاختبار.
وقال هيملي إن هناك حدوداً لقيمة هذه النماذج. ليس كل تنبؤات تتم في المختبر.
وقال للحشد المجتمع "يمكن للمرء استخدام الحسابات بشكل فعال للغاية في هذا العمل ، ولكن يحتاج المرء للقيام بذلك بشكل نقدي وتقديم اختبارات تجريبية في نهاية المطاف".
يبدو أن هيملي و "الموصل الفائق لدرجة حرارة الغرفة" لفريق LaH10 هي النتيجة الأكثر إثارة حتى الآن من هذه الحقبة الجديدة من البحث. تم سحقها إلى حوالي مليون مرة من ضغط الغلاف الجوي للأرض (200 غيغا باسكال) بين نقطتين من الماس المضاد ، يبدو أن عينة من LaH10 تصبح فائقة التوصيل عند 260 درجة فوق الصفر المطلق ، أو 8 فهرنهايت (ناقص 13 درجة مئوية).
ظهر تشغيل آخر للتجربة الموصوفة في نفس الورقة لإظهار الموصلية الفائقة عند 280 درجة فوق الصفر المطلق ، أو 44 فهرنهايت (7 درجات مئوية). هذه درجة حرارة الغرفة الباردة ، ولكن درجة الحرارة ليست صعبة للغاية.
أنهى هيملي حديثه باقتراح أنه ، في المستقبل ، قد يؤدي هذا العمل عالي الضغط إلى مواد فائقة التوصيل في درجات الحرارة الدافئة والضغوط العادية. وقال إنه ربما تبقى مادة ما ، بعد الضغط عليها ، موصلات فائقة بعد تحرير الضغط. أو ربما الدروس حول البنية الكيميائية المستفادة في درجات الحرارة المرتفعة قد تشير إلى الطريق إلى هياكل الضغط المنخفض فائقة التوصيل.
وقال بويري إن ذلك سيغير قواعد اللعبة.
وقالت "هذا الشيء هو في الأساس بحث أساسي. ليس له تطبيق." "لكن دعنا نقول أنك توصلت إلى شيء يعمل تحت الضغط ، على سبيل المثال ، أقل بعشر مرات من الآن. وهذا يفتح الباب أمام أسلاك فائقة التوصيل ، وأشياء أخرى."
عندما سئلت عما إذا كانت تتوقع رؤية موصل فائق في درجة حرارة الغرفة وضغط الغرفة في حياتها ، هز رأسها بحماس.
قالت "بالتأكيد".
