تبين أن تغيير أطوال الروابط هو المفتاح للموصلية الفائقة للنيكلات

يتسابق الفيزيائيون لإنشاء موصل فائق للحرارة العالية لإحداث ثورة في الطريقة التي تستخدم بها البشرية الكهرباء. أحد أنواع المركبات التي تمت دراستها هي النيكلات، وهي مواد تحتوي على أكسيد النيكل في بنيتها. يصبح نيكلات اللانثانم (La3Ni2O7) فائق التوصيل تحت ضغط عالٍ في شكل بلوري ضخم وتحت ضغط ميكانيكي في شكل غشاء رقيق. لقد درس فريق دولي من علماء الفيزياء بعناية ما يحدث للتركيب الذري لمركب النيكل وأظهر أن التغييرات الصغيرة في التركيب الذري ترتبط ارتباطًا وثيقًا بإظهار خصائص التوصيل الفائق. ونشرت مقالة عن هذا في مجلة الطبيعة. من أجل هذه الدراسة، تم تشكيل أغشية رقيقة على ركائز مختلفة لاختبار معاملات الإجهاد الميكانيكية المختلفة. حدد الفريق التشوهات في البنية الذرية للمواد باستخدام مجموعة من تقنيات المجهر الإلكتروني، بما في ذلك التيكوغرافيا الإلكترونية التي طورها ديفيد مولر. وكانت هذه التقنية هي التي أتاحت للباحثين رؤية مواقع الذرات والتغيرات في هذه المواضع بدقة عالية. وهو يعتمد على المعالجة اللاحقة لبيانات حيود الإشعاع على جسم ما؛ يتم أخذ بيانات الحيود من نقاط مختلفة بحيث تتداخل النتائج قليلاً مع بعضها البعض.

وقد اكتشف العلماء أنه تحت ضغط الضغط، يتم إعادة ترتيب ذرات الأكسجين في تكوين ذي تناسق أعلى مما هو عليه في الأفلام التي تعاني من إجهاد الشد. وبالتالي، فإن الروابط الموجودة في الأفلام تأخذ نفس التكوين كما هو الحال في البلورات السائبة فائقة التوصيل تحت ضغط مرتفع جدًا. يشير هذا إلى أن زيادة التماثل في بنية النيكل والأكسجين قد يكون شرطًا ضروريًا لتثبيت الموصلية الفائقة عند درجات الحرارة العالية في هذه النيكلات. ووجد الباحثون أيضًا أن طول الرابطة العمودية يزداد في الأغشية الرقيقة فائقة التوصيل، بينما يتناقص نفس طول الرابطة في البلورات فائقة التوصيل.

لفهم سبب أهمية هذه التغييرات الهيكلية للخصائص الإلكترونية للمادة، قام الباحثون ببناء نموذج. ووجدوا أن التغيرات في أطوال الروابط تسبب تغيرات في مستويات الطاقة في النظام، في حين أن التغيرات في التناظر تقلل بشكل كبير من الخلط بين مدارات إلكترونية معينة. وهذا يشكل بنية إلكترونية أنقى، والتي يمكن أن تساعد الإلكترونات على الاقتران والتدفق دون مقاومة. إن البيانات حول التكوينات الذرية المرتبطة بظهور الموصلية الفائقة ستساعد العلماء على ضبط المادة ومساعدتها على إظهار خصائص الموصلية الفائقة.