ينضم بولي هيدريد التنتالوم إلى فئة ناشئة من الموصلات الفائقة عالية الضغط - عالم الفيزياء

يصبح التنتالوم بولي هيدريد موصلًا فائقًا عند درجة حرارة 30 كلفن وضغوط تبلغ حوالي 200 جيجا باسكال (GPa) ، كما يقول باحثون في الأكاديمية الصينية للعلوم في بكين. هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها ملاحظة الموصلية الفائقة في هيدريد مصنوع من معدن انتقالي من المجموعة 5 ، ويقول أعضاء فريق البحث إن هذا الاكتشاف يمكن أن يمهد الطريق نحو تصنيع الهيدروجين المعدني.

الموصلات الفائقة عبارة عن مواد تحمل تيارًا كهربائيًا بدون مقاومة كهربائية عند تبريدها إلى ما دون درجة حرارة انتقالها فائقة التوصيل (T_c). يتم استخدامها في تطبيقات تتراوح من المغناطيسات عالية المجال في ماسحات التصوير بالرنين المغناطيسي ومسرعات الجسيمات إلى وحدات البت الكمومية في أجهزة الكمبيوتر الكمومية. لكن، T_c بالنسبة لمعظم الموصلات الفائقة ، يكون ارتفاعها بضع درجات فقط فوق الصفر المطلق ، وحتى ما يسمى بالموصلات الفائقة عالية الحرارة يجب تبريدها إلى أقل من 150 كلفن قبل أن تتمكن من توصيل الكهرباء بدون مقاومة. لذلك يسعى الباحثون إلى تطوير مواد تبقى فائقة التوصيل في درجات حرارة أعلى ، وفي درجة حرارة الغرفة بشكل مثالي.

الهيدريد يحتل مركز الصدارة

من الناحية النظرية ، يجب أن تكون الحالة المعدنية للهيدروجين ، والتي من المتوقع أن تحدث عند ضغوط عالية للغاية ، موصلاً فائقًا في درجة حرارة الغرفة. لسوء الحظ ، من الصعب جدًا صنع معدن هيدروجين نقي. كبديل ، بدأ العلماء في التحقيق في الهيدريدات ، وهي مركبات تتكون من الهيدروجين والمعدن.

خلال السنوات القليلة الماضية ، تم العثور على كل من هيدريد الكبريت وبولي هيدريد كلاً من الموصلات الفائقة عند درجات حرارة أعلى من 200 كلفن ، وإن كان ذلك فقط عند ضغوط أعلى بمليون مرة من الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر. تشتمل المواد الأخرى فائقة التوصيل في هذه الفئة على هيدرات الأرض النادرة مثل LaH₁₀ و YH₉ وهيدرات الأرض القلوية مثل CaH₆. تم العثور على الهيدريدات التي تحتوي على الزركونيوم واللوتيتيوم والقصدير بالمثل على ارتفاع معتدل T_c.

تحتوي معظم المعادن الانتقالية ثلاثية الأبعاد على لفات إلكترون محلية تميل إلى إظهار تقلبات مغناطيسية تعارض الموصلية الفائقة. لهذا السبب ، حوّل الباحثون انتباههم إلى معادن انتقالية خماسية الأبعاد مثل Hf و Ta. في الواقع ، يصبح الهافنيوم بولي هيدريد فائق التوصيل عند حوالي 3 كلفن.

بولي هيدريد جديد

فريق من الباحثين بقيادة تشانغكينغ جين لقد قاموا الآن بتصنيع هيدريد إضافي فائق التوصيل ، وهو التنتالوم بولي هيدريد (TaH₃). أجروا تجربتهم بوضع المادة في خلية سندان ماسي ، وعند ضغط 200 جيجا باسكال ، لاحظوا أنها فائقة التوصيل عند حوالي 30 ك. وهذا يجعلها أول هيدريد فائق التوصيل مصنوع من معادن المجموعة الخامسة ، كما يقول جين. وزملاؤهم ، الذين بحثوا في مرحلة التوصيل الفائق باستخدام فى الموقع الموصلية الكهربائية وقياسات حيود الأشعة السينية عند ضغوط عالية.

تم العثور على دليل على الموصلية الفائقة "شبه المحيطة" في هيدريد اللوتيتيوم

يوضح جين أن التنتالوم يتمتع بدرجة عالية من التحمل للعناصر الخلالية ويمكنه استيعاب أكثر من ثلاث ذرات هيدروجين في شبكته. ومع ذلك ، فإن هذه الذرات متباعدة جدًا عن بعضها البعض بحيث تقفز الإلكترونات مباشرة بين المواقع المختلفة في المادة وتنتج تيارًا كهربائيًا غير مشتت. "نقترح بالتالي أن الموصلية الفائقة التي لاحظناها مرتبطة بالتهجين بين مداري Ta و H" ، كما يقول عالم الفيزياء. "هذا يختلف تمامًا عما هو متوقع لهيدريد الكالسيوم أو الموصلات الفائقة للبولي هيدريد الأرضية النادرة ، حيث يمكن للإلكترون القفز مباشرة بين ذرات H المجاورة التي تشكل قفصًا كثيفًا للغاية."

مراقبة الموصلية الفائقة في TaH₃ يشير إلى أن الهيدروجين المعدني يمكن تحقيقه من خلال تعدين الرابطة التساهمية بين H والعناصر الأخرى. الباحثون الذين أبلغوا عن عملهم في رسائل الفيزياء الصينية، يقولون إنهم يخططون الآن لاستكشاف موصلات أخرى فائقة من البولي هيدريد تحتوي على هذه الروابط التساهمية.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• تمويل EVM. واجهة موحدة للتمويل اللامركزي. الوصول هنا.
• مجموعة كوانتوم ميديا. تضخيم IR / PR. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء بيانات Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/tantalum-polyhydride-joins-emerging-class-of-high-pressure-superconductors/