علم

عنصر غريب يتحدى ما نعرفه عن الموصلية الفائقة

عنصر غريب يتحدى ما نعرفه عن الموصلية الفائقة


لقد تحدى أحد أكثر العناصر الدورية غير المتوقعة فهمنا للمواد فائقة التوصيل. هذا الاكتشاف الأخير في الهند دفع العلماء إلى إعادة التفكير في الموصلية الفائقة. البزموت ، أحد أغرب العناصر المظهر ، يمكن أن يصبح موصلًا فائقًا (يوصل الكهرباء بدون مقاومة) عند تبريده إلى درجة أعلى قليلاً من الصفر المطلق.

[الصورة مقدمة من ويكيميديا]

تفترض نظرية الموصلية الفائقة الحالية البالغة من العمر 40 عامًا أن المواد فائقة التوصيل تحتوي على إلكترونات حرة التدفق. ومع ذلك ، يحتوي البزموت على إلكترون واحد لكل 100000 ذرة.

قال سرينيفاسان راماكريشنان من معهد تاتا للأبحاث الأساسية في الهند: "بشكل عام ، تحتوي المركبات التي تظهر الموصلية الفائقة على إلكترون واحد متحرك تقريبًا لكل ذرة"عالم الكيمياء.

"ومع ذلك ، في البزموت ، يتم مشاركة إلكترون واحد متنقل بواسطة 100000 ذرة - نظرًا لأن كثافة الناقل صغيرة جدًا ، لم يعتقد الناس أن البزموت سيكون فائق التوصيل."

كان على الفريق تأكيد الموصلية الفائقة للبزموت. قاموا بتبريد بلورات العنصر أثناء إزالتها من المغناطيسية الخارجية. قاموا بتبريد البلورات الفائقة إلى -273 درجة مئوية تقريبًا ، حيث لاحظ الفريق تأثير مايسنر. قام البزموت (المادة فائقة التوصيل) بمحو المجال المغناطيسي الداخلي الخاص بها.

تنص نظرية الموصلية الفائقة الأساسية على أن الإلكترونات تتعاون لإزالة مقاومة تدفقها ، وذلك بفضل تفاعل الإلكترونات مع أيونات المادة. هذه النظرية ، التي تسمى نظرية باردين-كوبر-شريفير (BCS) تعمل مع المواد التي تحتوي على وفرة من الإلكترونات الحرة العائمة. ومع ذلك ، مع انخفاض نسبة الإلكترونات إلى الذرات ، فإن البزموت يكسر هذا الفهم.

بالنسبة للفريق ، فإن الاكتشاف يغير اللعبة ، خاصة وأن النظرية الحالية لا يمكنها تفسير ما ذكره الفريق.

قال راماكريشنان: "من الواضح أنه اكتشاف تاريخي في تاريخ الموصلية الفائقة ... لأنه يتطلب آلية جديدة للموصلات الفائقة. يمكن للمرء أن يتوقع إنتاج موصلات فائقة جديدة بمجرد معرفة النظرية الجديدة".

البزموت في حد ذاته عنصر غريب ، كما يظهر في شكله غير العادي وخصائصه المغناطيسية الغريبة

قال عالم الفيزياء النظرية جاناباثي باسكاران من معهد العلوم الرياضية في تشيناي بالهند: "هناك صورة عالمية جيدة مفقودة" لتفسير البزموت. "أعتقد أنه مجرد غيض من فيض."

ينضم البزموت فقط إلى عدد قليل من العناصر الأخرى ذات الكثافة المنخفضة لحامل الإلكترون والتي يمكنها التوصيل الفائق. بالنسبة للباحثين الآخرين في هذا المجال ، يمكن أن تؤدي هذه النتيجة إلى تصنيف جديد للمواد بالكامل.

قال جيمس آرنيت ، خبير الموصلات الفائقة ورئيس الفيزياء في جامعة بريستول: "هناك نظام أو نظامان آخران بكثافة حاملة إلكترونية منخفضة جدًا ، وهما يصبحان موصلين فائقين - وينظر إليهما دائمًا على أنهما استثناء بعض الشيء". "سيكون من المثير للاهتمام معرفة ما إذا كان هذا جزءًا من فئة أوسع من المواد فائقة التوصيل منخفضة الكثافة الحاملة."

ومع ذلك ، فإن تحدي نظرية الموصلية الفائقة لا يقتصر على هذا الاكتشاف الجديد. خلصت دراسة في أبريل 2016 من جامعة هيوستن إلى أن البحث يتعارض بشكل مباشر مع نموذج الحالة الحرجة لبين. أشارت النتائج إلى وجود خصائص تتجاوز التبريد الفائق وكميات كبيرة من الطاقة المغناطيسية لتسهيل المواد فائقة التوصيل.

الهدف النهائي للموصلات الفائقة هو إيجاد موصل يعمل في درجة حرارة الغرفة. يمكن أن تحل هذه المادة محل المعدن العادي وتوفر أطنانًا من الطاقة. يمكن أن يساهم حتى في أجهزة الكمبيوتر العملاقة الأكثر تقدمًا.

لفهم أساسيات الموصلية الفائقة بشكل أفضل ، تحقق من هذا الفيديو أدناه بإذن من Techquickie.

راجع أيضًا: قد تكون هناك عيوب في نظرية الموصل الفائق

عبر عالم الكيمياء


شاهد الفيديو: ليه العلماء بيستخدموا الفئران تحديدا في التجارب