أوَّل دليل مباشر على موجة الكثافة الزوجيَّة

الموصِّلات الفائقة (superconductor) هي مَواد تُظهر خصائص فريدةً، كتوصيل الكهرباء دون مقاومة مثلًا، وذلك عند تبريدها إلى درجات حرارة منخفضة تقارب الصفر المطلق (حوالي 270 درجة مئوية تحت الصفر)، إلا أن بعض الموصِّلات الغامضة التي ظهرت على الساحة في ثمانينيات القرن الماضي توجد عند درجات حرارة عالية نسبيًّا (نحو 170 درجة مئوية تحت الصفر أو أعلى)، أبرز هذه الموصِّلات هو الكوبريت (Cuprate)، ويطلق عليه هذا الاسم لأنه يحتوي على النُّحاس (Copper).

مع أن هذه الموصِّلات الغامضة ما زالت تحتاج إلى درجات حرارة متدنِّية لتظهر خصائصها، إلَّا أنَّ الحصول على درجات الحرارة هذه أسهل كثيرًا من الوصول إلى الصفر المطلق. ويبعث اكتشاف هذه المواد الأمل في إيجاد موصِّلات فائقة تعمل عند درجة حرارة الغرفة، مِمَّا يُتيحُ تكنولوجيا جديدة، مثل: شبكات كهربائية عالية الكفاءة، والقطارات المرفوعة عن طريق المجال المغناطيسي، وأجهزة الكمبيوتر الفائقة.

مَرَّت عقود عدّة على اكتشاف الموصَّلات في درجة الحرارة العالية نسبيًّا ولكن لم يظهر بعد موصِّل فائق بدرجة حرارة الغرفة، ولعلَّ المشكلة الرئيسيَّة تكمن في عدم فهم الباحثين الفيزياءَ التي تميز هذه الموصِّلات؛ لكن يبدو أنَّ العلماء اقتربوا قليلًا من الحل.

تتحد إلكترونات الموصلات الفائقة في ثُنائيات تُدعَى ثنائيات كوبر (Cooper Pairs)، وهذا الاتحاد يسمح بسريانها بسلاسة عبر المادة بدون مقاومة، وقد لاحظ العلماء في الموصلات الفائقة ذات الحرارة العالية وجود فجوة في طاقات الإلكترون بدلًا من الطَّيف المستمر (Continues Spectrum)، كما تنبَّؤوا بأنَّ هذه الفجوة تختلف دوريٍّا (periodically) عبر سطح المادَّة على شكل موجة تُعرفُ بموجة الكثافة الزوجيَّة (Pair-density Wave) وقد يرتبط هذا الأمر بأحد أطوار هذه المادَّة المعروف باسم شبه الفجوة (pseudo-gap phase)، ويظهر هذا الطور عند درجات حرارة عالية، ويعدُّ حالة تفصل بين طور الموصِّل الفائق وطَور العازل؛ ويمكن للمادة في هذه الحالة توصيل الكهرباء لكن ليس بشكل جيد لكن حتى اليوم لم يكن هنالك إثبات مباشر على هذه التنبُّؤات.

مؤخَّرًا، تمَّ اكتشاف أوَّل دليل مباشر على موجة الكثافة الزوجيَّة في أحد الموصِّلات الفائقة ذات درجة حرارة عالية باستخدام مجهر المسح النَّفقي (scanning tunneling microscope)، ويحتوي هذا الميكروسكوب على طرف دقيق للغاية يقوم بكشف الإلكترونات التي تخرج من الموصل. وقد لصق الباحثون قطعةً صغيرةً جدًّا من الموصِّل الفائق إلى طرف الميكروسكوب، للبحث عن انتقال الإلكترونات من جزء من الموصل الفائق الى جزء آخر عبر ظاهرة النفق الكمومي، وذكر الفريق أن فجوة الطَّاقة تتغيَّر بشكل دوري عبر سطح المادَّة في شكل موجة ممَّا يؤكِّد صحَّة التنبُّؤات السَّابقة.

قد تؤدِّي حالة شبه الفجوة دورًا مهمًّا في السَّعي لزيادة نطاق درجات حرارة الموصِّلات الفائقة، كما أن إثبات وجود موجة الكثافة الزوجيَّة سيحثُّ العلماء على التركيز لفهم هذه الحالة بشكل أفضل من خلال مراقبة سلوك هذه المواد أثناء تسخينها.

المصدر :https://www.sciencenews.org/article/mysterious-superconductor-wave-could-reveal-physics-materials