باحثون يكتشفون سرًا في سلوك الموصلات الفائقة ذات درجات الحرارة العالية

حقق فريق من الباحثين الصينيين تقدمًا مهمًا في دراسة الموصلات الفائقة ذات درجات الحرارة العالية القائمة على النيكلات، من خلال قياسات جديدة كشفت عن سلوك إلكتروني مخفي في هذه المواد.

للمرة الأولى، تمكن العلماء من تحديد فجوة فائقة التوصيل خالية من العقد، ورصدوا تفاعلًا بين الإلكترونات والبوزونات عبر دراسة الهياكل الإلكترونية لأفلام رقيقة من النيكلات ثنائية الطبقة من نوع رادلستين-بوبر. وتوفر هذه النتائج أدلة مهمة تتعلق بسؤالين جوهريين حول النيكلات عالية الحرارة: "تماثل فجوة التوصيل الفائق" و"آلية اقتران التوصيل الفائق".

قاد الدراسة جونفنغ هي من جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين، التابعة للأكاديمية الصينية للعلوم، بالتعاون مع فرق يقودها تشيكون شو وتشوويو تشن من جامعة العلوم والتكنولوجيا الجنوبية. ونُشرت الدراسة في مجلة "ساينس" بتاريخ 21 مايو 2026.

تُعد الموصلية الفائقة، التي اكتُشفت في عام 1911، ظاهرة تتميز بخصائص كهرومغناطيسية غير عادية، وأصبحت محورًا رئيسيًا لأبحاث الفيزياء. وعلى مدار القرن الماضي، اكتشف العلماء موصلات فائقة تعتمد على النحاس والحديد ذات درجات حرارة عالية، إلا أن الآلية الكامنة وراء هذه الظاهرة لم تُفهم بشكل كامل بعد. وتُعتبر النيكلات ذات درجات الحرارة العالية خيارًا جديدًا لدراسة هذه المشكلة.

في الموصلات الفائقة ذات درجات الحرارة العالية، يُعتبر "تماثل فجوة التوصيل الفائق" دليلًا رئيسيًا لفهم كيفية عمل الظاهرة. ومن الأسئلة المهمة تحديدًا ما إذا كانت الفجوة تحتوي على "عقد" (نقاط يكون فيها الفجوة صفرًا) في فضاء الزخم. باستخدام تقنية التحليل الطيفي بالتصوير الزاوي للفوتونات المنبعثة، درس الفريق أفلام النيكلات ثنائية الطبقة من نوع رادلستين-بوبر، ووجدوا عدم وجود عقد في أي مكان من فضاء الزخم، مما يتوافق مع تماثل فجوة s-wave (s±).

أما السؤال الآخر المهم فهو كيفية تكوين أزواج الإلكترونات في هذه الموصلات. نظريًا، يمكن للإلكترونات أن تتزاوج عبر "اقتران الإلكترون-البوزون". ورصد الباحثون انحناءً في التشتت عند حوالي 70 ميلي إلكترون فولت تحت مستوى فيرمي، وهو ما يُعتبر "بصمة" لاقتران الإلكترون-البوزون، ما يوفر دليلاً مهمًا لفهم آلية اقتران الإلكترونات.

في إطار التعاون البحثي، تولى فريق جامعة العلوم والتكنولوجيا الجنوبية إنتاج الأفلام الرقيقة، بينما قام فريق جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين بقياس الهياكل الإلكترونية. ولمنع فقدان الأكسجين أثناء نقل العينات، طور الباحثون طريقة تعتمد على تبريد العينات في فراغ فائق منخفض الحرارة باستخدام النيتروجين السائل، مما سمح بنقل العينات من مدينة شنتشن إلى هيفي بنجاح وسهل إجراء التجارب.

المصدر: "فجوة فائقة التوصيل خالية من العقد واقتران الإلكترون-البوزون في أفلام (La,Pr,Sm)3Ni2O7" من تأليف جيانشانغ شين، غوانغدي تشو، يو مياو، بنغ لي، تشيبينغ أو، ياكي تشن، زيشا وانغ، رونتشينغ لوان، هونغشو صن، زيكون فينغ، شينرو يونغ، يويينغ لي، ليتشي شو، وي لو، زيهاو ني، هينغ وانغ، هاوليانغ هوانغ، يو-جيه صن، تشي-كون شو، جونفنغ هي وتشوويو تشن، 21 مايو 2026، مجلة ساينس.