Enhanced and robust superconductivity in La0.8Sr0.2NiO2 membranes compressed up to 210 GPa
تُظهر هذه الدراسة أن الموصلية الفائقة في أغشية La0.8Sr0.2NiO2 الحرة تظل قوية تحت ضغوط فائقة العلو تصل إلى 210 جيجا باسكال، حيث تُظهر تطوراً في درجة حرارة الانتقال على شكل قبة يبلغ ذروته عند 74.5 كلفن، وهي ظاهرة غير مسبوقة في الموصلات الأكسيدية ذات درجة الحرارة الحرجة العالية.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://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 تتدفق فيه الكهرباء دون أي مقاومة على الإطلاق، مثل شبح ينزلق عبر جدار دون أن يصطدم بأي شيء. تُسمى هذه الحالة السحرية "الموصلية الفائقة"، وهي الكأس المقدسة للعلماء الذين يحاولون بناء حواسيب أسرع، ومغانط أقوى، وشبكات طاقة لا تهدر الطاقة. لعقود من الزمن، كان أبطال هذا العالم هي مواد مصنوعة من النحاس والأكسجين (تُسمى الكوبرات). ولكن مؤخراً، دخل منافس جديد إلى الحلبة: عائلة من المواد المصنوعة من النيكل بدلاً من النحاس. هذه "النيكلّات" تشبه وتتصرف كثيراً مثل قريباتها من النحاس، مما يقدم دليلاً جديداً لحل لغز كيفية عمل الموصلية الفائقة.
ومع ذلك، هناك عقبة. لاختبار هذه المواد حقاً، يحتاج العلماء إلى عصرها بقوة هائلة، محاكية الضغط الساحق الموجود في أعماق الكواكب. عادةً، تكون هذه المواد ملتصقة بظهر سميك وصلب (ركيزة) ينكسر أو يعيق العمل عندما تحاول عصرها بتلك القوة. الأمر يشبه محاولة اختبار قوة شريط مطاطي بينما لا يزال ملتصقاً بكتلة خشبية ثقيلة. وللتغلب على ذلك، تعلم الباحثون مؤخاً كيفية تقشير هذه المواد عن خلفيتها، مما يخلق "أغشية" رقيقة وحرة يمكن عصرها بحرية. السؤال الكبير هو: إذا استمررتم في عصر هذه الأغشية النيكل بقوة أكبر فأكبر، فهل ستستمر في التحسن في التوصيل الفائق، أم أنها ستستسلم وتنهار في النهاية؟
تحكي هذه الورقة قصة ما حدث عندما أخذ العلماء غشاءً حراً من مادة نيكل محددة (La0.8Sr0.2NiO2) وعصروه باستخدام أقوى آلات الضغط المتاحة. لقد دفعوا الضغط حتى وصل إلى 210 جيجا باسكال (أي 2.1 مليون ضعف الضغط الجوي للأرض!). كانت النتائج مفاجئة وقوية. فبدلاً من الاستسلام، أصبحت قدرة المادة على التوصيل الفائق تزداد قوة مع زيادة الضغط.
إليكم ما وجدوه:
- الصعود: عند ضغط الهواء العادي، بدأت المادة في التوصيل الفائق عند حوالي 16 كلفن (درجة حرارة باردة جداً تبلغ -257 درجة مئوية). ومع عصرها، استمرت هذه الدرجة في الارتفاع. وبحلول الوقت الذي وصلوا فيه إلى 146 جيجا باسكال، كانت المادة موصلة فائقة عند درجة حرارة ذروة بلغت 74.5 كلفن.
- الذروة والهبوط: بعد الوصول إلى تلك الذروة، بدأت درجة الحرارة في الانخفاض ببطء مع عصرها بشكل أقوى. ولكن حتى عند الضغط الشديد البالغ 210 جيجا باسكال، كانت المادة لا تزال موصلة فائقة عند درجة حرارة مبهرة بلغت 57.4 كلفن.
- المقارنة: هذا مستوى قياسي من الصلابة. معظم الموصلات الفائقة الأخرى عالية الحرارة (مثل تلك المشهورة القائمة على النحاس) تتوقف عن العمل أو تفقد قوتها في التوصيل الفائق بمجرد أن يصبح الضغط مرتفعاً جداً (غالباً حوالي 20 إلى 40 جيجا باسكال). ومع ذلك، استمر هذا الغشاء النيكلي في العمل بقوة طوال الطريق حتى 210 جيجا باسكال.
تحقق الباحثون أيضاً للتأكد من أن هذا لم يكن مجرد خطأ في القياس. لقد أكدوا أن "بداية" التوصيل الفائق لم تكن تصبح فقط ضبابية أو أوسع؛ بل إن درجة الحرارة الفعلية حيث حدث السحر كانت ترتفع حقاً. وقارنوا نتائجهم بمادة نيكل مشابهة مصنوعة من عنصر مختلف (النيوديميوم)، وبينما بلغت تلك المادة ذروتها في وقت أبكر وتوقفت عن الارتفاع، أظهرت كلتا المادتين أن طبقات النيكل هي الأبطال الحقيقيون للعرض، وليس الذرات الأخرى المحيطة بها.
باخت-القول، تُظهر هذه الدراسة أن التوصيل الفائق في هذه الأغشية النيكل قوية للغاية. فهي لا تكتفي بالبقاء على قيد الحياة تحت الضغط الشديد، بل تزدهر تحته، لتصل إلى درجات حرارة أعلى مما شوهد من قبل في هذا النوع من المواد. وهذا يشير إلى أن السر في جعل هذه المواد تعمل بشكل أفضل قد يوجد في كيفية عصرها، مما يفتح آفاقاً جديدة لفهم كيفية سلوك هذه المواد الكمومية تحت أكثر الظروف تطرفاً التي يمكن تخيلها.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.