A possible superconducting gap signature with filling temperature around 40 K in hexagonal iron telluride islands
تُبلغ هذه الدراسة عن النمو الناجح لجزر سداسية من تيلوريد الحديد (FeTe) مسطحة ذرياً على ركائز من تيتانات السترونشيوم (SrTiO3)، حيث يكشف مطياف المسح النفقي عن درجة حرجة لملء الفجوة تقارب 40 كلفن، مما يشير إلى إمكانية حدوث الموصلية الفائقة في تيلوريد الحديد عند الضغط الجوي المعتاد.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تخيل عالماً من المواد المتناهية الصغر وغير المرئية، حيث يبحث العلماء باستمرار عن "خدعة سحرية": الموصلية الفائقة. هذه هي القدرة على تدفق الكهرباء دون أي مقاومة، مثل سيارة تقود على طريق سريع فائق النعومة لا يحتاج أبداً إلى وقود. لأكثر من عقد من الزمان، عرف العلماء أن مادة محددة تسمى سيلينيد الحديد (FeSe) يمكنها القيام بهذه الخدعة السحرية، خاصة عندما تُزرع كطبقة واحدة فائقة الرقة على قاعدة بلورية خاصة.
ومع ذلك، كان هناك قاعدة عنيدة في المجتمع العلمي: وهي أن "ابن عم" هذه المادة، تيلوريد الحديد (FeTe)، كان يُعت de "منطقة محظورة". اعتقد الجميع أن (FeTe) هو معدن عابس وغير موصل فائق، لا يستطيع الرقص على نغمة الموصلية الفائقة.
الاكتشاف الكبير
في هذه الدراسة الجديدة، قرر فريق من الباحثين بقيادة جيان وانغ من جامعة بكين تجربة وصفة مختلفة. قاموا بزراعة جزر صغيرة من (FeTe) على قاعدة خاصة (تيتانات السترونشيوم)، وبدلاً من الشكل المربع المعتاد، نجحوا في زراعتها بشكل سداسي (ذو ستة أضلاع).
فكر في الأمر على هذا النحو: إذا كان (FeTe) يحاول عادةً بناء منزل مربع ويفشل في جعل الكهرباء تتدفق، فقد بنى هؤلاء العلماء بيتاً فوق شجرة سداسي الشكل. وتخيل ماذا حدث؟ بدأ البيت فوق الشجرة يطن بنفس الكهرباء السحرية.
ما الذي وجدوه؟
باستخدام مجهر فائق القوة يسمى "مجهر المسح النفقي" (STM) — وهو يشبه عصا الكفيف التي تشعر بالذرات الفردية — نظر الفريق داخل هذه الجزر السداسية.
- بصمة "الفجوة": رأوا نمطاً معيلاً في طاقة الإلكترونات، وهو ما يسمونه "الفجوة". تخيل ساحة رقص حيث يتزاوج الراقصون (الإلكترونات) فجأة ويتحركون بانسجام تام، تاركين مساحة واضحة (فجوة) في منتصف الساحة. هذا التزاوج هو العلامة المميزة للموصلية الفائقة.
- اختبار درجة الحرارة: عادةً ما يحدث هذا السحر فقط عندما تكون الأشياء شديدة البرودة. ولكن هنا، ظلت "الفجوة" قوية حتى أثناء رفع درجة حرارة الجزر إلى 40 كلفن (حوالي 233- درجة مئوية). ورغم أن هذا لا يزال يبدو بارداً بالنسبة لنا، إلا أن 40 كلفن تعتبر "يوماً صيفياً دافئاً" في عالم الموصلات الفائقة! إنها قفزة هائلة عن درجات الحرارة القريبة من الصفر المطلق المعتادة.
- استبعاد الزيف: كان العلماء حذرين للغاية. وسألوا: "هل يمكن أن يكون هذا مجرد خدعة ضوئية؟"
- هل هو خلل كمي؟ لا، النمط لم يتطابق.
- هل هي مشكلة مغناطيسية؟ لا، النمط كان متماثلاً تماماً، على عكس الأعطال المغناطيسية.
- هل هو تأثير جزيرة صغيرة؟ لا، حجم الجزر لم يغير النمط.
كل شيء يشير إلى استنتاج واحد: موصلية فائقة حقيقية.
لماذا يهم هذا الأمر؟
هذا يشبه العثور على نوع جديد من المحركات يعمل بوقود كنا نظن أنه عديم الفائدة.
- مواد جديدة: يثبت هذا أن تيلوريد الحديد يمكن أن يكون موصلاً فائقاً إذا رتبت ذراته بالشكل الصحيح (سداسي) ومنحته البيئة المناسبة.
- مساحة للنمو: حقيقة أن هذا يحدث عند 40 كلفن أمر مثير لأن تبريد الأشياء إلى 40 كلفن أسهل بكثير من تبريدها إلى 4 كلفن. وهذا يفتح الباب للعثور على المزيد من الموصلات الفائقة التي قد تعمل في درجات حرارة أعلى، مما قد يؤدي يوماً ما إلى موصلات فائقة في درجة حرارة الغرفة (مما سيحدث ثورة في شبكات الطاقة والإلكترونيات لدينا).
العقبة
الباحثون صادقون بشأن ما لم يفعلوه بعد. نظرًا لأن هذه الجزر صغيرة جداً (نقاط مجهرية)، لم يتمكنوا من تمرير سلك عبرها لقياس الكهرباء مباشرة، كما لم يتمكنوا من اختبار كيفية تفاعلها مع المغناطيس. إنهم يقولون: "نحن نرى آثار أقدام الدب الموصل الفائق، وتبدو تماماً مثل الدب، لكننا لم نمسك بالدب بعد".
باختेलصر
وجد العلماء طريقة لتحويل مادة "عابسة" (تيلوريد الحديد) إلى "بطل خارق" (موصل فائق) عن طريق بنائها في شكل سداسي. هذا الاكتشاف يتحدى القواعد القديمة ويشير إلى أنه قد يكون هناك عالم كامل من المواد فائقة التوصيل في انتظار الاكتشاف، وكل ذلك دون الحاجة إلى ضغوط شديدة ومحقونة. إنها جزيرة صغيرة ذات إمكانات كبيرة جداً.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.