في البحث عن الموصلات الفائقة درجة حرارة الغرفة

تخيل عالما فيه القطارات المغناطيسية (maglev) هي شائعة ، وأجهزة الكمبيوتر بسرعة البرق ، وكابلات الطاقة لديها القليل من الخسارة ، والكشف عن الجسيمات الجديدة موجودة. هذا هو العالم الذي تكون فيه الموصلات الفائقة في درجة حرارة الغرفة حقيقة واقعة. حتى الآن ، هذا حلم للمستقبل ، لكن العلماء أصبحوا أقرب من أي وقت مضى لتحقيق الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة.

الموصلات الفائقة لدرجة حرارة الغرفة (RTS) هي نوع من الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية (T-T)_ج أو HTS) التي تعمل أقرب إلى درجة حرارة الغرفة من ل الصفر المطلق. ومع ذلك ، لا تزال درجة حرارة التشغيل أعلى من 0 درجة مئوية (273.15 كلفن) أقل بكثير مما يعتبره معظمنا درجة حرارة الغرفة "الطبيعية" (20 إلى 25 درجة مئوية). تحت درجة الحرارة الحرجة ، و موصل فائق لديه صفر المقاومة الكهربائية وطرد حقول التمويه المغناطيسي. في حين أنه تبسيط مفرط ، يمكن اعتبار الموصلية الفائقة حالة مثالية التوصيل الكهربائي.

تظهر الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية الموصلية الفائقة التي تزيد عن 30 كلفن (-243.2 درجة مئوية). بينما يجب تبريد الموصل الفائق التقليدي باستخدام الهيليوم السائل ليصبح موصلًا فائقًا ، يمكن أن يكون الموصل الفائق عالي الحرارة

إن رفع درجة الحرارة الحرجة للموصلية الفائقة إلى درجة حرارة عملية هو الكأس المقدسة للفيزيائيين والمهندسين الكهربائيين. يعتقد بعض الباحثين أن الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة أمر مستحيل ، في حين يشير آخرون إلى أوجه تقدم تجاوزت بالفعل المعتقدات السابقة.

تم اكتشاف الموصلية الفائقة في عام 1911 من قبل Heike Kamerlingh Onnes في الزئبق الصلب المبرد بالهيليوم السائل (1913 جائزة نوبل في الفيزياء). لم يكن العلماء حتى الثلاثينيات من القرن الماضي قد اقترحوا شرحًا لكيفية عمل الموصلية الفائقة. في عام 1933 ، أوضح فريتز وهاينز لندن تأثير ميسنر، حيث يقوم موصل فائق بطرد المجالات المغناطيسية الداخلية. من نظرية لندن ، نمت التفسيرات لتشمل نظرية Ginzburg-Landau (1950) ونظرية BCS المجهرية (1957 ، سميت باسم Bardeen و Cooper و Schrieffer). وفقًا لنظرية BCS ، يبدو أن الموصلية الفائقة ممنوعة عند درجات حرارة أعلى من 30 كلفن. ومع ذلك ، في عام 1986 ، اكتشف Bednorz و Müller أول موصل فائق درجة حرارة عالية ، وهو مادة بيروفسكيت cuprate مقرها lanthanum مع درجة حرارة انتقالية تبلغ 35 K. وقد أكسبهم هذا الاكتشاف جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1987 وفتح الباب لاكتشافات جديدة.

أعلى موصلات فائقة درجة الحرارة حتى الآن ، اكتشفها ميخائيل إريميتس وفريقه في عام 2015 ، هي كبريتيد هيدريد (H₃س). يحتوي هيدريد الكبريت على درجة حرارة انتقالية حوالي 203 كلفن (-70 درجة مئوية) ، ولكن فقط تحت ضغط مرتفع للغاية (حوالي 150 جيجا باسكال). الباحثون توقع ارتفاع درجة الحرارة الحرجة أعلى من 0 درجة مئوية إذا تم استبدال ذرات الكبريت بالفوسفور أو البلاتين أو السيلينيوم أو البوتاسيوم أو التيلوريوم ويتم تطبيق ضغط أعلى. ومع ذلك ، في حين اقترح العلماء تفسيرات لسلوك نظام هيدريد الكبريت ، إلا أنهم لم يتمكنوا من تكرار السلوك الكهربائي أو المغناطيسي.

تم المطالبة بسلوك فائق التوصيل في درجة حرارة الغرفة للمواد الأخرى إلى جانب هيدريد الكبريت. قد يصبح أكسيد النحاس الباريوم Yttrium (YBCO) الموصل عالي درجة الحرارة عالي التوصيل عند 300 كلفن باستخدام نبضات ليزر الأشعة تحت الحمراء. يتوقع عالم الفيزياء الصلبة نيل أشكروفت أن يكون الهيدروجين المعدني الصلب فائق التوصيل بالقرب من درجة حرارة الغرفة. أفاد فريق هارفارد الذي ادعى صنع الهيدروجين المعدني أن تأثير ميسنر ربما لوحظ عند 250 ك. بناءً على الاقتران الإلكتروني بوساطة الإكسيتون (وليس الاقتران الصوتي بنظرية BCS) ، فإنه يمكن ملاحظة الموصلية الفائقة المحتملة في درجات حرارة عالية في البوليمرات العضوية تحت اليمين الظروف.

تظهر العديد من التقارير عن الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة في الأدبيات العلمية ، حتى عام 2018 ، يبدو الإنجاز ممكنًا. ومع ذلك ، نادرًا ما يستمر التأثير لفترة طويلة ويصعب تكرارها بشكل شيطاني. قضية أخرى هي أن الضغط الشديد قد يكون مطلوبًا لتحقيق تأثير ميسنر. بمجرد إنتاج مادة مستقرة ، تشمل التطبيقات الأكثر وضوحًا تطوير الأسلاك الكهربائية الفعالة والمغناطيسات الكهربائية القوية. من هناك ، السماء هي الحد ، فيما يتعلق بالإلكترونيات. يوفر الموصل الفائق لدرجة حرارة الغرفة إمكانية عدم فقدان الطاقة عند درجة حرارة عملية. لم يتم بعد تخيل معظم تطبيقات RTS.

• الموصل الفائق لدرجة حرارة الغرفة (RTS) هو مادة قادرة على التوصيل الفائق فوق درجة حرارة 0 درجة مئوية. ليس بالضرورة أن يكون فائق التوصيل في درجة حرارة الغرفة العادية.
• على الرغم من أن العديد من الباحثين يدعون أنهم لاحظوا الموصلية الفائقة لدرجة حرارة الغرفة ، لم يتمكن العلماء من تكرار النتائج بشكل موثوق. ومع ذلك ، توجد موصلات فائقة عالية الحرارة ، مع درجات حرارة انتقالية بين −243.2 درجة مئوية و .2135 درجة مئوية.
• تشمل التطبيقات المحتملة للموصلات الفائقة في درجة حرارة الغرفة أجهزة كمبيوتر أسرع وأساليب جديدة لتخزين البيانات وتحسين نقل الطاقة.

• بيدنورز ، ج. ز. مولر ، ك. أ. (1986). "الموصلية الفائقة العالية المحتملة لـ TC في نظام Ba-La-Cu-O". Zeitschrift für Physik ب. 64 (2): 189–193.
• دروزدوف ، أ. ص ؛ Eremets ، م. أنا.؛ ترويان أ.؛ كسينوفونتوف ، ف. شيلين ، س. أنا. (2015). "الموصلية الفائقة التقليدية عند 203 كلفن عند ضغوط عالية في نظام هيدريد الكبريت". طبيعة. 525: 73–6.
• Ge ، Y. F.؛ تشانغ ، ف. ياو ، واي. ج. (2016). "عرض المبادئ الأولى للموصلية الفائقة عند 280 كلفن في كبريتيد الهيدروجين باستبدال منخفض للفسفور". فيز. القس ب. 93 (22): 224513.
• خاري ، نيراج (2003). كتيب إلكترونيات الموصلات فائقة التوصيل ذات درجة الحرارة العالية. الصحافة اتفاقية حقوق الطفل.
• مانكوسكي ، ر. سوبيدي ، أ. فورست ، م. مارياجير ، س. يا... شوليه ، م. Lemke ، H. تي ؛ روبنسون ، ج. س.؛ Glownia ، J. م. مينيتي ، م. ص ؛ فرانو ، أ. فشنر ، م. سبالدين ، ن. أ.; Loew ، T. ؛ Keimer ، B. ؛ جورج ، أ. كافاليري ، أ. (2014). "ديناميات الشبكة غير الخطية كأساس لزيادة الموصلية الفائقة في YBa₂نحاس₃يا_6.5". طبيعة. 516 (7529): 71–73.
• Mourachkine ، أ. (2004). الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة. Cambridge International Science Publishing.