إكتشاف جديد يتحدّى فكرة شائعة عن الموصلية الفائقة

لطالما عجز علماء الفيزياء عن فهم دوّامات من الفوضى الكمّية التي تنشأ تلقائياً في طبقات رقيقة ذرياً من المواد العازلة، فهي تفرض عليهم أن يراجعوا نماذج لحلّ بعض المشاكل المُلحّة ومحاولة تفسير مفهوم الموصلية الفائقة.



حلّل علماء فيزياء من جامعة «برينستون» في الولايات المتحدة ومن «المعهد الياباني الوطني لعلم المواد» المظهر العفوي للتقلّبات الكمّية في مرحلة معيّنة من عملية الانتقال من ازدحام حركة الإلكترونات إلى انقطاعها السريع وفائق التوصيل في مساحة ثنائية الأبعاد.

إذا تمكّن الباحثون من فهم مسبّبات هذه العملية الانتقالية الكمّية ودور الحرارة فيها، فقد ينجحون في التكيّف مع تراجع مستوى التبريد.

يرتبط مجال بحثي مثير للاهتمام بتحليل السلوك الكمّي للإلكترونات العالقة فوق أسطح ثنائية الأبعاد. حين تتجرّد هذه الظاهرة الكمّية من قدرتها على التحرّك نحو الأعلى والأسفل، قد تنتقل إلى حالة أكثر تعقيداً من الموصلية الفائقة. لاستكشاف هذه المساحة من الدوّامات الكمّية التي تشهد حالات فائقة التوصيل، ابتكر الباحثون طبقة واحدة من عنصر ديتيلورايد التنغستن شبه المعدني، حيث يصبح أي مستوى أكثر دفئاً من الصفر المطلق بمثابة آلية عازلة وخانقة للطاقة. لكنّ ضخ إلكترونات كافية يجعل التيار يتدفق بطريقة فائقة التوصيل.

لاحظ الباحثون ظاهرة غريبة حين تنخفض درجات الحرارة: تتّضح عملية الموصلية الفائقة عند إضافة ما يكفي من الإلكترونات. لكن تعود تلك الدوامات من الاضطرابات الكمّية للظهور على مستوى معيّن من حركة الإلكترونات، فيتوقف تدفّق التيار.

على صعيد آخر، كشف قياس تلك التحرّكات أنها لا تشبه الدوامات الكمّية العادية، فهي تبقى ثابتة على أعلى درجات الحرارة وفي الحقول المغناطيسية أكثر مما تشير إليه النظرية الشائعة. وعندما يتراجع عدد الإلكترونات إلى أقل من عتبة معينة، تتبخّر الدوامات فجأةً.

اكتشف الباحثون إذاً أن إشارات الدوامة تتلاشى بشكلٍ مفاجئ عند تجاوز كثافة الإلكترونات المؤثرة، وهو اكتشاف صادم. لا يمكن تفسير هذا «الموت المفاجئ» للتقلبات بأي طريقة.

قد تُمهّد النماذج الجديدة لظهور مجالات بحثية غير مسبوقة، ما يعني احتمال ابتكار تقنيات جديدة أيضاً. ونظراً إلى المنافع المحتملة التي يعطيها تطوير الموصلية الفائقة على حرارة الغرفة، فقد يحصل العلماء على خارطة وافية حول المشهد الكمّي.

• الفيزياء