لغز الموصلية الفائقة الذي دام 30 عامًا اتخذ منعطفًا حادًا

بحث جديد يزيد من فهم التماثل الخفي في الموصل الفائق الغامض.

الموصلات الفائقة هي مواد تسمح للتيار الكهربائي بالتدفق دون أي مقاومة، وهي خاصية تظهر عادة فقط عند درجات حرارة منخفضة للغاية. في حين أن معظم الموصلات الفائقة المعروفة تتبع أطر نظرية راسخة، إلا أن روثينات السترونتيوم، Sr₂RuO₄، ظل من الصعب تفسيرها منذ أن حدد الباحثون لأول مرة سلوكها فائق التوصيل في عام 1994.

تُعتبر المادة على نطاق واسع واحدة من أنقى الأمثلة على الموصلية الفائقة غير التقليدية وأكثرها فحصًا. ومع ذلك، لم يتوصل العلماء إلى اتفاق حول الطبيعة الدقيقة لاقتران الإلكترون داخل Sr₂RuO₄، بما في ذلك تماثله وبنيته الداخلية، والتي تعتبر أساسية لفهم كيفية نشوء الموصلية الفائقة.

فحص الموصلية الفائقة من خلال الإجهاد

إحدى الطرق الفعالة للكشف عن طبيعة حالة الموصلية الفائقة هي ملاحظة كيفية درجة الحرارة التي تبدأ عندها الموصلية الفائقة، والمعروفة باسم ت_ج، يتحول عند تطبيق الضغط الميكانيكي. إن تمديد البلورة أو عصرها أو لفها يمكن أن يكشف عن اختلافات مهمة لأن حالات التوصيل الفائق المتميزة تستجيب لهذه التشوهات بطرق فريدة.

أشارت التحقيقات السابقة، خاصة تلك التي تستخدم تقنيات الموجات فوق الصوتية، إلى احتمال أن يدعم Sr₂RuO₄ حالة التوصيل الفائق المكونة من مكونين. هذا الشكل الأكثر تعقيدًا من الموصلية الفائقة يمكن أن يسمح بتأثيرات غير عادية، بما في ذلك المجالات المغناطيسية الداخلية أو وجود مناطق متعددة فائقة التوصيل داخل نفس المادة. ومع ذلك، فإن السمة المميزة للحالة الحقيقية المكونة من مكونين هي الحساسية القوية لإجهاد القص.

نهج جديد باستخدام إجهاد القص

وقد ألهم هذا فريقًا من الباحثين من جامعة كيوتو لاستخدام الضغط لفهم الطبيعة الحقيقية لحالة التوصيل الفائق لـ Sr₂RuO₄. طور الباحثون تقنية سمحت لهم بتطبيق ثلاثة أنواع مختلفة من إجهاد القص على بلورات Sr₂RuO₄ الرقيقة للغاية. إن إجهاد القص هو نوع من التشويه الذي يؤدي إلى إزاحة جزء من البلورة إلى الجانب، على غرار تحريك الجزء العلوي من مجموعة أوراق اللعب بالنسبة إلى الجزء السفلي.

تم قياس مستويات الضغط بعناية باستخدام التصوير البصري عالي الدقة حتى 30 درجة كلفن (−243 درجة مئوية). الاكتشاف الرئيسي: درجة حرارة الموصلية الفائقة بالكاد تتغير على الإطلاق. أي تحول في ت_ج كان أقل من 10 ملي كلفن لكل نسبة مئوية من السلالة، وهو أقل فعليًا من حد الكشف.

تُظهر هذه النتائج أن إجهاد القص ليس له أي تأثير فعليًا على درجة الحرارة التي يصبح عندها Sr₂RuO₄ فائق التوصيل، مما يستبعد العديد من النظريات المقترحة ويضع حدودًا صارمة لأنواع حالات التوصيل الفائق التي لا تزال ممكنة. تشير النتائج بدلًا من ذلك إلى حالة فائقة التوصيل مكونة من مكون واحد، أو ربما حالات أكثر غرابة، وهي حالات فائقة التوصيل غير مستكشفة بعد، تتصرف بشكل مختلف عن التوقعات النظرية التقليدية.

يقول المؤلف الأول جيوردانو ماتوني، من تويوتا ريكن – مركز أبحاث جامعة كيوتو: “تمثل دراستنا خطوة كبيرة نحو حل أحد أطول الألغاز في فيزياء المواد المكثفة”.

لغز مستمر وتأثير أوسع

وتشدد هذه الدراسة البحث عن التفسير الصحيح لكيفية حدوث الموصلية الفائقة في هذا المركب. ومع ذلك، لا يزال هناك لغز: فقد أظهرت قياسات الموجات فوق الصوتية السابقة بوضوح وجود تأثير قوي مرتبط بالقص، في حين أن قياسات الإجهاد المباشر الجديدة لا تفعل ذلك. إن فهم سبب اختلاف هاتين الطريقتين أصبح الآن سؤالًا رئيسيًا مفتوحًا.

أبعد من Sr₂RuO₄، يمكن تطبيق تقنية التحكم في الإجهاد التي تم تطويرها في هذه الدراسة على الموصلات الفائقة الأخرى التي تظهر سلوكًا متعدد المكونات، مثل UPt₃، بالإضافة إلى المواد الأخرى ذات التحولات الطورية المعقدة.

المرجع: “دليل مباشر على عدم وجود اقتران بين إجهاد القص والموصلية الفائقة في Sr2RuO4” بقلم جيوردانو ماتوني، توماس جونسون، أتسوتوشي إيكيدا، شوبهانكار بول، جيك بوبوفسكي، مانفريد سيجريست ويوشيتيرو ماينو، 16 ديسمبر 2025، اتصالات الطبيعة.
دوى: 10.1038/s41467-025-67307-1

التمويل: الجمعية اليابانية لتعزيز العلوم

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.