قام الفيزيائيون بحماية الموصلية الفائقة في الغاليوم من المجال المغناطيسي

المواد ذات خصائص الموصلية الفائقة توصل التيار الكهربائي دون فقدان الطاقة، ولكن في ظل ظروف محددة للغاية. يعمل العلماء باستمرار على جعل الموصلية الفائقة متاحة خارج المختبر. غالبًا ما يمنع المجال المغناطيسي الموصلية الفائقة إلا إذا كانت المادة تستخدم عناصر ذات كتلة ذرية عالية. فيها، تتفاعل السبينات مع حركة الإلكترونات وفقًا لآلية التفاعل بين المدار. يمكن تشكيل الموصلية الفائقة في هذه المواد وفقًا لنوع Ising: حيث يتم “تجميد” دوران الإلكترون بشكل عمودي على مستوى البلورة. وهذا يحمي أزواج الإلكترون من المجالات المغناطيسية. لقد لاحظ العلماء أن الموصلية الفائقة موجودة فقط في المواد التي تحتوي على عناصر كيميائية ثقيلة.

[shesht-info-block number=1]

لقد وجد الفيزيائيون طريقة للحفاظ على الموصلية الفائقة في المجال المغناطيسي للغاليوم الخفيف. للقيام بذلك، كان علينا وضع المعدن بين الجرافين وكربيد السيليكون. إن تفاعل المواد في واجهتها يسمح للهيكل بأكمله بالاحتفاظ بخصائص التوصيل الفائق. تم نشر مقال حول هذا في مجلة Nature Materials. أنشأ العلماء هيكلًا متعدد الطبقات على ركيزة من كربيد السيليكون (6H-SiC(0001))). تم تطبيق الجرافين عليه واضطر الغاليوم إلى الاختراق بين الركيزة والجرافين. هذا الأخير يحمي الغاليوم من الأكسدة والتلوث. يحتفظ الهيكل الناتج بالموصلية الفائقة في المجالات المغناطيسية الموازية لسطح المادة. كان حجم المجال المغناطيسي الذي تم الحفاظ على الموصلية الفائقة فيه 21 تسلا عند درجة حرارة تجريبية قدرها 400 ملي كلفن، وهو ما يزيد عن ثلاثة أضعاف حد باولي النظري.

[shesht-info-block number=2]

يعزو العلماء هذا التأثير إلى بنية كمومية خاصة تتشكل عند السطح البيني بين المواد. نظرًا لأن طبقة الغاليوم رقيقة جدًا، فهي في الحبس الكمي – يتغير تكوين مستويات الطاقة للمعدن. والتفاعلات مع الركيزة تؤدي إلى تهجين قوي للمدارات الإلكترونية وتغيير في بنية نطاق العينة. “فقط من خلال الجمع بين الخبرة في تركيب المواد والنقل الكمي والنمذجة النظرية، تمكنا من الكشف عن ظاهرة سيكون من الصعب تحقيقها ضمن مجموعة بحثية واحدة”، لخص قائد مجموعة البحث، البروفيسور كوي زو تشانغ.