حطم العلماء رقمًا قياسيًا دام 30 عامًا في تحقيق التوصيل الفائق عند -190 درجة فهرنهايت
لأكثر من 30 عامًا، كان هناك رقم واحد يمثل حاجزًا عنيدًا في أبحاث الموصلية الفائقة: 133 كلفن، أو حوالي 220 درجة فهرنهايت تحت الصفر. لم تتمكن أي مادة من تحقيق التوصيل الفائق عند درجة حرارة أعلى مع البقاء تحت الضغط العادي، على الرغم من عقود من الجهود. لقد حطم باحثون من جامعة هيوستن ومختبر أرجون الوطني (ANL) هذا الرقم القياسي الذي دام عقودًا. ومن خلال إخضاع موصل فائق من أكسيد النحاس لفترة وجيزة لضغط شديد ثم إطلاقه بسرعة، حققوا موصلية فائقة عند 151 كلفن (ناقص 190 درجة فهرنهايت) تحت الضغط العادي. وهذا السجل مهم لأن الموصلات الفائقة يمكنها نقل الكهرباء دون مقاومة، مما قد يؤدي إلى القضاء على فقدان الطاقة في شبكات الطاقة وتمكين مغناطيسات أكثر قوة، وتقنيات كمومية، وأنظمة اندماج. ومع ذلك، فإن معظم الموصلات الفائقة تعمل فقط في درجات حرارة شديدة البرودة، في حين أن القليل منها الذي يقترب من درجة حرارة الغرفة يتطلب ضغوطًا هائلة تجعلها غير عملية خارج المختبرات. تشير النتيجة الجديدة إلى أن الضغط قد لا يظل جزءًا من المعادلة. ومن خلال محاصرة الموصل الفائق في حالة تغير الضغط، حافظ الباحثون على زيادة في درجة الحرارة تختفي عادة في اللحظة التي يتوقف فيها الضغط. وإليك كيف فعلوا ذلك: دفع الموصلية الفائقة إلى ما هو أبعد من الحد الأقصى البالغ 30 عامًا. عمل الفريق مع موصل فائق من أكسيد النحاس يسمى Hg-1223، وهي نفس المادة التي احتفظت بسجل الضغط المحيط منذ أوائل التسعينيات. “لإنشاء رقم قياسي مرتفع لـ Tc عند الضغط المحيط عبر PQP، اخترنا Hg1223 المستقر كيميائيًا نظرًا لأنه يحتوي على أعلى مستوى قياسي حاليًا لـ Tc وهو 133 كلفن عند الضغط المحيط، ويظهر تأثير ضغط إيجابي كبير على Tc، 164 كلفن تحت الضغط،” لاحظ الباحثون. قام الباحثون بضغط عينات صغيرة داخل خلية سندان من الألماس إلى ما يقرب من 30 جيجا باسكال، أي ما يقرب من 300 ضعف الضغط الموجود في قاع المحيط. وفي ظل هذه الظروف، ارتفعت درجة حرارة المادة فائقة التوصيل بشكل ملحوظ. جاءت الخطوة الأساسية بعد الضغط. وبدلاً من إعادة المادة ببطء إلى ظروفها الطبيعية، أطلق الباحثون الضغط بسرعة مع الحفاظ على برودة العينة. تعمل عملية إخماد الضغط هذه على حبس المادة في حالة شبه مستقرة، مما يمنع تركيبها الذري من العودة بالكامل إلى طبيعته. ونتيجة لذلك، احتفظت العينة بالموصلية الفائقة عند 151 كلفن حتى بعد إزالة الضغط تمامًا، متجاوزة الرقم القياسي السابق بمقدار 18 كلفن. وكشفت الأشعة السينية سبب بقاء التحسن. ولم يكن كسر الرقم القياسي سوى نصف التحدي. أراد الباحثون أيضًا أن يفهموا سبب احتفاظ المادة بخصائصها المحسنة بعد تخفيف الضغط. للتحقيق في الأمر، استخدم الفريق مصدر الفوتون المتقدم في مختبر أرجون الوطني. سمحت لهم أشعة الأشعة السينية عالية التركيز بفحص التغيرات الهيكلية الدقيقة داخل المادة أثناء عملية إخماد الضغط. وأظهرت القياسات أن إطلاق الضغط السريع يترك وراءه العديد من العيوب المجهرية في البنية البلورية. عادة، تعتبر مثل هذه العيوب عيوبًا، ولكن في هذه الحالة، يبدو أنها تساعد في استقرار حالة التوصيل الفائق. تشير النتائج إلى أن المادة تحتفظ بذاكرة هيكلية لبيئة الضغط العالي. وبدلا من الاسترخاء التام والعودة إلى شكله الأصلي، فإنه يحافظ على ما يكفي من الترتيب الناجم عن الضغط للحفاظ على الموصلية الفائقة في درجات حرارة أعلى. حان الوقت لاختبار خدعة الضغط والتحرير بشكل أكبر. الرقم القياسي الجديد لا يلغي الحاجة إلى التبريد، ولا تزال المادة تعمل بدرجة حرارة أقل بكثير من درجة حرارة الغرفة. ومع ذلك، توضح الدراسة أن الموصلية الفائقة المعززة للضغط يمكن أن تستمر بعد إزالة الضغط، وهي نتيجة سعى إليها العديد من الباحثين منذ فترة طويلة. وعلى عكس الموصلات الفائقة التي تتطلب ضغطًا شديدًا وثابتًا، يمكن الآن فحص المادة الجديدة في ظل ظروف معملية عادية. وهذا يمكن أن يسهل على الباحثين التحقيق في الآليات الكامنة وراء سلوكه واستكشاف التطبيقات المحتملة. وقال هوا تشو، أحد الباحثين والفيزيائي في ANL: “مع استمرار قدرة هذه المادة على التوصيل الفائق عند الضغط الطبيعي، يمكن للعلماء دراستها باستخدام أدوات متاحة على نطاق واسع والبدء في تطوير تقنيات تعمل في ظل الظروف اليومية”. والخطوة التالية هي تحديد ما إذا كان يمكن تطبيق نفس الاستراتيجية على الموصلات الفائقة الأخرى، بما في ذلك المواد التي تحقق درجات حرارة انتقالية أعلى تحت الضغط. إذا نجح هذا النهج، فقد يوفر طريقًا عمليًا نحو الموصلات الفائقة التي تعمل في ظل ظروف عادية بشكل متزايد. ونشرت الدراسة في مجلة PNAS.
تم النشر: 2026-06-27 19:25:00
