بحثاً عن مواد جديدة لاحتواء حالات غريبة من المادة، أطلق علماء الفيزياء في جامعة «رايس» الأميركية تجربة أجبرت الإلكترونات التي تتمتع بحرّية التنقل على البقاء في مكانها.
سبق ورُصِدت هذه الظاهرة في مواد حيث تنحصر الإلكترونات داخل بُعدَين فقط، لكنها المرة الأولى التي تظهر فيها في بنية معدنية بلورية وثلاثية الأبعاد اسمها «بيروكلور». بفضل هذه التقنية، قد يحصل الباحثون على أداة جديدة لدراسة نشاطات غير تقليدية في الجزيئات المشحونة.
يُعتبر سلوك الإلكترونات الكمّي أساسياً لفهم طريقة تنسيقها لنشاطاتها في ظروف معيّنة. قد تتكاتف موجات الإلكترونات عبر تشابكات قوية تسمح لها بالتسلل بين الكتل الصلبة، فتنتج موادّ توفّر الطاقة مثل الموصلات الفائقة.
يمكن السيطرة على سلوك الإلكترونات بطرق مختلفة. يؤدي ترتيب الكمية المناسبة من العناصر إلى ظهور تقاطعات فريدة من نوعها تكون أشبه بإشارات مرور صغيرة، فيتراجع صخب الجزيئات المتنقلة وتصبح حركتها سلسة.
يشير البيروكلور إلى معادن مركّبة ومزوّدة ببنية تجعلها مفيدة لإجراء مجموعة متنوعة من الأبحاث وتحقيق غايات صناعية عدة. من خلال ابتكار بنية مماثلة انطلاقاً من خليط نحاس وفاناديوم وكبريت، حصل الباحثون على معدن مُعدّل هندسياً وقادر على نقل موجات الإلكترونات نحو نقاط الاختناق.
سمحت تقنية التحليل الطيفي للانبعاث الضوئي بزاوية محددة بقياس طاقة الإلكترونات وزخمها في البنية ثلاثية الأبعاد، فتبيّن أنها لا تتكل على بعضها كما يحصل في الحالات العادية.
في هذه المساحة غير المألوفة، تتأثر التفاعلات بين الإلكترونات الجامدة بمجموعة مختلفة من القواعد، وقد تمنح هذه الأخيرة علماء الفيزياء، نظرياً، طريقة جديدة لفهم ظاهرة الموصلية الفائقة.
سبق وظهرت إلكترونات موضعية من هذا النوع في مواد ثنائية البُعد، لكنّ ظهور تلك المساحة المسطّحة، تحت تأثير الموجات التي تشق طريقها عبر البنية ثلاثية الأبعاد، يثبت وجود ظاهرة قد تنتج فئة جديدة بالكامل من المواد.
في النهاية، يقول عالِم الفيزياء كيمياو سي من جامعة «رايس»: «البيروكلور ليس العامل المؤثر الوحيد. قد يسمح مبدأ التصميم الجديد لواضعي النظريات بتحديد المواد التي تظهر فيها المساحات المسطّحة بسبب قوة الروابط بين الإلكترونات».
