"ثورة" في الطاقة والإلكترونيات: اكتشاف مادة فائقة التوصيل

في إنجاز تاريخي، ابتكر باحثو جامعة روتشستر مادة فائقة التوصيل عند درجة حرارة وضغط منخفضين بدرجة كافية للتطبيقات العملية.

وقال العلماء إن المادة الجديدة يمكن ضبطها لتغيير العالم بأسره، وهو اختراق ظل العلماء يطاردونه منذ أكثر من قرن، لصنع مادة قادرة على نقل الكهرباء بدون مقاومة، وتمرير المجالات المغناطيسية حول المادة.

ويمكن أن يؤدي الاكتشاف إلى شبكات طاقة قادرة على نقل الطاقة بسلاسة، ما يوفّر ما يصل إلى 200 مليون ميغاواط/ ساعة ، يتم فقدها حالياً بسبب المقاومة.

ويمكن أن تسهم المادة أيضاً في الاندماج النووي، وهي عملية طال انتظارها ومن شأنها أن تخلق طاقة غير محدودة، إضافة إلى اعتبار العلماء المشاركين أنها "ستمثّل حقبة جديدة من الاستخدام العملي للمواد الفائقة التوصيل".

ويتوقّع الفريق أن يكون هناك تطبيقات أخرى تتضمن قطارات عالية السرعة وأنواعاً جديدة من المعدات الطبية.

وأبلغ الفريق بقيادة الأستاذ المساعد في الهندسة الميكانيكية والفيزياء رانجا دياس، سابقاً عن إنشاء مادتين فائقتي التوصيل- هيدريد الكبريت الكربوني والإيتريوم الفائق - في ورقة بحثية نشرت في مجلتي Physical Review Letters وNature، لكن النتائج واجهت الكثير من المناقشات.

وهذه المرة، يقول البروفيسور دياس وفريقه إنهم اتخذوا خطوات إضافية لتجنب النقد المماثل. ويضيف أن الورقة البحثية السابقة أعيد تقديمها إلى مجلة Nature ببيانات جديدة تؤكد صحة العمل السابق.

وتم جمع البيانات الجديدة خارج المختبر، في مختبرات أرغون وبروكهافن الوطنية أمام جمهور من العلماء الذين شاهدوا انتقال الموصلية الفائقة على الهواء مباشرة. وتم اتباع نهج مماثل مع الورقة الجديدة.

وأطلق على المادة اسم "المادة الحمراء" نسبة إلى لونها، حيث إنه أثناء عملية إنشائها، وجد العلماء أنها تحولت بشكل مفاجئ إلى  لون"أحمر ساطع جداً".

وصنع البروفيسور دياس والفريق المادة عن طريق أخذ معدن أرضي نادر يسمى اللوتيتيوم، وخلطه مع الهيدروجين وجزء صغير من النيتروجين. ثم تُركت بعد ذلك لتتفاعل لمدة يومين أو ثلاثة أيام، في درجات حرارة عالية.

وبدا مركب اللوتيتيوم-النيتروجين-الهيدروجين الناتج في البداية بلون "مزرق لامع". وعندما تم ضغط المركب بعد ذلك في خلية سندان ماسي، حدث "تحول مرئي مذهل"، من اللون الأزرق إلى اللون الوردي في بداية الموصلية الفائقة، ثم تحول إلى اللون الأحمر اللامع في حالته المعدنية غير فائقة التوصيل.

وما تزال المادة تتطلب تسخينها إلى 20.5 درجة مئوية (69 درجة فهرنهايت) وضغطها إلى نحو 145 ألف رطل / بوصة مربعة (10 كيلو بار). لكن هذا أقل كثافة بكثير من المواد الأخرى المماثلة، بما في ذلك تلك التي أعلن عنها البروفيسور دياس في العام 2020 والتي جلبت الإثارة والشك من المجتمع العلمي.