في اكتشاف رائد، حدد الفيزيائيون في جامعة واشنطن ومختبر أرجون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية مادة فائقة التوصيل ذات قابلية ضبط استثنائية. تُظهر هذه البلورة الفريدة، المكونة من ذرات اليوروبيوم المغناطيسية الموجودة بين طبقات فائقة التوصيل، حساسية ملحوظة تجاه المحفزات الخارجية. تمتد آثار هذه النتيجة إلى ما هو أبعد من الموصلات الفائقة التقليدية، مما يوفر حلاً محتملاً لمتطلبات الطاقة المتزايدة للحوسبة الصناعية. تتعمق هذه المقالة في أهمية هذا الإنجاز والتحديات التي يعالجها والوعد الذي يحمله لمستقبل الحوسبة واسعة النطاق.

الموصلية الفائقة وإمكاناتها

إن الموصلية الفائقة، وهي مرحلة ميكانيكية كمومية للمادة مع عدم وجود مقاومة كهربائية، كانت واعدة منذ فترة طويلة لتحويل كفاءة الطاقة في التطبيقات التكنولوجية المختلفة. ويشمل ذلك التقنيات المتقدمة مثل التصوير بالرنين المغناطيسي، ومسرعات الجسيمات، ومفاعلات الاندماج، وحتى الحوسبة الكمومية. لكن التحدي يكمن في تحقيق الموصلية الفائقة عند درجات حرارة مناسبة للاستخدام العملي، وخاصة في الأجهزة المحمولة باليد. تفتح الحساسية الرائعة للمواد فائقة التوصيل المكتشفة حديثًا السبل أمام دوائر فائقة التوصيل قابلة للتحويل وموفرة للطاقة، مما يمهد الطريق لمستقبل أكثر استدامة في الحوسبة الصناعية.

الهيكل البلوري غير العادي

تُظهِر البلورة قيد الفحص مزيجًا نادرًا من المغناطيسية الحديدية والموصلية الفائقة. عادةً ما تكون هذه المراحل حصرية، حيث تغلب إحداهما على الأخرى. تتكون البلورة من صفائح مسطحة من ذرات اليوروبيوم المغناطيسية المحصورة بين طبقات فائقة التوصيل من ذرات الحديد والكوبالت والزرنيخ. يقدم هذا التركيب الفريد عنصرًا من عدم الراحة للطبقات فائقة التوصيل، حيث إنها تتنافس مع المجالات المغناطيسية من ذرات اليوروبيوم المحيطة. يؤدي هذا التفاعل إلى إضعاف الموصلية الفائقة، مما يؤدي إلى مقاومة كهربائية محدودة.

تقنيات البحث المتقدمة

لكشف تعقيدات هذه المادة، قضت الباحثة الرئيسية شوا سانشيز عامًا في مصدر الفوتون المتقدم (APS)، وهو مرفق مستخدم تابع لمكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة في أرجون. وباستخدام تقنيات الأشعة السينية المتطورة، قام الفريق بفحص التفاصيل المجهرية لبنية البلورة. طور سانشيز ومعاونوه منصة توصيف شاملة قادرة على الكشف عن العلاقة الدقيقة بين المغناطيسية الحديدية والموصلية الفائقة.

ضبط التحكم

ومن خلال التجارب الدقيقة، أثبت الباحثون قابلية الضبط الرائعة للمادة. يؤدي تطبيق مجال مغناطيسي على البلورة إلى إعادة توجيه خطوط المجال المغناطيسي لليوروبيوم، مما يجعلها موازية للطبقات فائقة التوصيل. تعمل إعادة التنظيم الاستراتيجي هذه على إزالة التأثيرات العدائية، مما يؤدي إلى حالة المقاومة الصفرية. ومن خلال الضغط على البلورة، اكتشف الفريق أنه يمكن تعزيز الموصلية الفائقة للتغلب على المغناطيسية أو إضعافها لإبطال حالة المقاومة الصفرية. توفر هذه المعلمة الإضافية وسيلة فريدة لتخصيص حساسية المادة للمغناطيسية، وهو جانب حاسم للأجهزة الكمومية المحتملة.

التداعيات والآفاق المستقبلية

إن اكتشاف هذه المادة فائقة التوصيل القابلة للتحويل يفتح إمكانيات جديدة للحسابات واسعة النطاق مع كفاءة غير مسبوقة في استخدام الطاقة. ومع استمرار تزايد احتياجات الحوسبة الصناعية، يمكن تخفيف القيود التقليدية المتعلقة بالحجم واستهلاك الطاقة من خلال تنفيذ مثل هذه المواد المبتكرة. وتتراوح التطبيقات المحتملة من مراكز البيانات عالية الكفاءة إلى الأجهزة الكمومية، مما يمثل قفزة كبيرة إلى الأمام في مجال الإلكترونيات الصناعية.

كشفت الجهود التعاونية لعلماء الفيزياء من جامعة واشنطن ومختبر أرجون الوطني عن مادة ذات إمكانات تحويلية لمستقبل الإلكترونيات الصناعية. توفر هذه المادة فائقة التوصيل، بحساسيتها الفريدة للمؤثرات الخارجية، طريقًا نحو كفاءة غير مسبوقة في استخدام الطاقة في الحوسبة واسعة النطاق. تفتح قابلية الضبط المتحكم فيها التي أظهرتها البلورة أبوابًا جديدة لإنشاء دوائر فائقة التوصيل وقابلة للتحويل وموفرة للطاقة، مما يلبي المتطلبات المتزايدة للحوسبة الصناعية. ومع تعمق الباحثين في تطبيقات هذه المادة، يصبح احتمال ظهور عصر أكثر استدامة وكفاءة في مجال الإلكترونيات الصناعية ملموسًا بشكل متزايد.

المصدر : Science Advances