مجلة أقلام مرحبا بك في مجلة أقلام , هنا ستجد آخر المقالات والأخبار
تكشف المفارقة عن سحر الهندسة الكمية في “الزاوية السحرية” للموصلية الفائقة
يحدد العلماء الهندسة الكمومية باعتبارها ضرورية للعملية.
توصل الباحثون إلى أدلة جديدة حول كيف يمكن للجرافين ، عند لفه بزاوية محددة ، أن يصبح موصلًا فائقًا ، ينقل الكهرباء دون فقدان الطاقة.
في دراسة نُشرت في 15 فبراير 2023 ، في مجلة Nature ، أبلغ الفريق بقيادة علماء الفيزياء في جامعة ولاية أوهايو عن اكتشافهم للدور الرئيسي الذي تلعبه الهندسة الكمومية في السماح لهذا الجرافين الملتوي بأن يصبح موصلًا فائقًا .
الجرافين عبارة عن طبقة واحدة من ذرات الكربون ، الرصاص الموجود في قلم رصاص.
في عام 2018 ، اكتشف العلماء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أنه في ظل الظروف المناسبة ، يمكن أن يصبح الجرافين موصلًا فائقًا إذا تم وضع قطعة واحدة من الجرافين فوق قطعة أخرى وتم لف الطبقات بزاوية محددة – 1.08 درجة – مما يؤدي إلى التواء. طبقة ثنائية الجرافين.
منذ ذلك الحين ، كان العلماء يدرسون هذا الجرافين ثنائي الطبقة الملتوي ويحاولون معرفة كيفية عمل هذه “الزاوية السحرية” ، كما قال مارك بوكراث ، أستاذ الفيزياء في ولاية أوهايو والمؤلف المشارك في بحث الطبيعة .
قال بوكراث: “النظرية التقليدية للموصلية الفائقة لا تعمل في هذه الحالة”. “لقد أجرينا سلسلة من التجارب لفهم أصول سبب كون هذه المادة موصلة فائقة.”
في المعدن التقليدي ، تكون الإلكترونات عالية السرعة مسؤولة عن التوصيل.
لكن الجرافين الملتوي ثنائي الطبقة له نوع من البنية الإلكترونية يُعرف باسم “النطاق المسطح” حيث تتحرك الإلكترونات ببطء شديد – في الواقع بسرعة تقترب من الصفر إذا كانت الزاوية بالضبط عند الزاوية السحرية.
وفقًا للنظرية التقليدية للموصلية الفائقة ، فإن الإلكترونات التي تتحرك ببطء لا ينبغي أن تكون قادرة على توصيل الكهرباء ، كما قالت المؤلفة المشاركة في الدراسة جيني لاو ، وهي أيضًا أستاذة الفيزياء في ولاية أوهايو.
بدقة كبيرة ، تمكن Haidong Tian ، المؤلف الأول للورقة والطالب في مجموعة Lau البحثية ، من الحصول على جهاز قريب جدًا من الزاوية السحرية لدرجة أن الإلكترونات تم إيقافها تقريبًا بمعايير فيزياء المادة المكثفة المعتادة. العينة مع ذلك أظهرت الموصلية الفائقة.
إنها مفارقة: كيف يمكن للإلكترونات التي تتحرك ببطء شديد أن توصل الكهرباء على الإطلاق ، ناهيك عن الموصلية الفائقة؟ قال لاو.
في تجاربهم ، أظهر فريق البحث السرعات البطيئة للإلكترونات وقدم قياسات أكثر دقة لحركة الإلكترون مما كان متاحًا في السابق.
ووجدوا أيضًا الدلائل الأولى لما يجعل مادة الجرافين مميزة جدًا.
قال بوكراث: “لا يمكننا استخدام سرعة الإلكترونات لشرح كيفية عمل الجرافين ثنائي الطبقة الملتوي”. “بدلاً من ذلك ، كان علينا استخدام الهندسة الكمية.”
كما هو الحال مع كل شيء كمي ، فإن الهندسة الكمومية معقدة وليست بديهية. لكن نتائج هذه الدراسة لها علاقة بحقيقة أن الإلكترون ليس فقط جسيمًا ، ولكنه أيضًا موجة – وبالتالي له وظائف موجية.
قال المؤلف المشارك موهيت رانديريا ، أستاذ الفيزياء في ولاية أوهايو: “إن هندسة وظائف الموجات الكمومية في العصابات المسطحة ، جنبًا إلى جنب مع التفاعل بين الإلكترونات ، تؤدي إلى تدفق التيار الكهربائي دون تبديد في الجرافين ثنائي الطبقة”.
“وجدنا أن المعادلات التقليدية يمكن أن تفسر ربما 10٪ من إشارة الموصلية الفائقة التي وجدناها. تشير قياساتنا التجريبية إلى أن الهندسة الكمومية هي 90٪ مما يجعل هذا الموصل الفائق ، “قال لاو.
لا يمكن العثور على التأثيرات فائقة التوصيل لهذه المادة إلا في التجارب في درجات حرارة منخفضة للغاية. وقال بوكراث إن الهدف النهائي هو أن تكون قادرًا على فهم العوامل التي تؤدي إلى الموصلية الفائقة ذات درجات الحرارة العالية ، والتي من المحتمل أن تكون مفيدة في تطبيقات العالم الحقيقي ، مثل النقل الكهربائي والاتصالات.
قال “سيكون لها تأثير كبير على المجتمع”. “لا يزال الطريق بعيدًا ، ولكن هذا البحث يدفعنا بالتأكيد إلى الأمام في فهم كيفية حدوث ذلك.”
