يمكن لأكاسيد البلاديوم أن تصنع موصلات فائقة أفضل - عالم الفيزياء

البالاديات - مواد أكسيد تعتمد على عنصر البلاديوم - يمكن استخدامها لصنع موصلات فائقة تعمل في درجات حرارة أعلى من النحاسات (أكاسيد النحاس) أو النيكل (أكاسيد النيكل) ، وفقًا لحسابات الباحثين في جامعة هيوغو ، اليابان ، TU Wien و زملاء. تحدد الدراسة الجديدة أيضًا اثنتين من هذه الصفائح على أنها "مثالية فعليًا" من حيث خاصيتين مهمتين للموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية: قوة الارتباط والتقلبات المكانية للإلكترونات في المادة.

الموصلات الفائقة هي المواد التي توصل الكهرباء دون مقاومة عند تبريدها إلى ما دون درجة حرارة انتقال معينة ، T_c. كان أول موصل فائق تم اكتشافه هو الزئبق الصلب في عام 1911 ، ولكن درجة حرارة تحوله لا تزيد عن بضع درجات فوق الصفر المطلق ، مما يعني أن مبرد الهيليوم السائل الغالي الثمن مطلوب لإبقائه في مرحلة التوصيل الفائق. تم اكتشاف العديد من الموصلات الفائقة "التقليدية" الأخرى ، كما هو معروف ، بعد ذلك بوقت قصير ، ولكن جميعها لها قيم منخفضة مماثلة من T_c.

وبدءًا من أواخر الثمانينيات ، ظهرت فئة جديدة من الموصلات الفائقة "ذات درجة الحرارة العالية" T_c ظهرت فوق نقطة غليان النيتروجين السائل (77 كلفن). هذه الموصلات الفائقة "غير التقليدية" ليست معادن ولكنها عوازل تحتوي على أكاسيد النحاس (النحاسات) ، ويشير وجودها إلى أن الموصلية الفائقة قد تستمر حتى في درجات حرارة أعلى. في الآونة الأخيرة ، حدد الباحثون المواد التي تعتمد على أكاسيد النيكل على أنها موصلات فائقة جيدة ذات درجة حرارة عالية في نفس الوريد مثل أبناء عمومتهم من cuprate.

يتمثل الهدف الرئيسي لهذا البحث في العثور على المواد التي تظل فائقة التوصيل حتى في درجات حرارة الغرفة. ستعمل هذه المواد على تحسين كفاءة المولدات الكهربائية وخطوط النقل بشكل كبير ، مع جعل التطبيقات الشائعة للموصلية الفائقة (بما في ذلك المغناطيسات فائقة التوصيل في مسرعات الجسيمات والأجهزة الطبية مثل ماسحات التصوير بالرنين المغناطيسي) أبسط وأرخص.

مشكلة أساسية لم تحل

تشرح النظرية الكلاسيكية للموصلية الفائقة (المعروفة باسم نظرية BCS بعد الأحرف الأولى لمكتشفيها ، باردين وكوبر وشريففر) سبب التوصيل الفائق للزئبق ومعظم العناصر المعدنية أسفلها. T_c: تتزاوج إلكتروناتها الفرميونية لتكوين بوزونات تسمى أزواج كوبر. تشكل هذه البوزونات مكثفًا متماسكًا في الطور يمكن أن يتدفق عبر المادة كتيار فائق لا يتعرض للتشتت ، وتظهر نتيجة لذلك الموصلية الفائقة. ومع ذلك ، فإن النظرية تقصر عندما يتعلق الأمر بشرح الآليات الكامنة وراء الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية. في الواقع ، تعتبر الموصلية الفائقة غير التقليدية مشكلة أساسية لم يتم حلها في فيزياء المادة المكثفة.

لفهم هذه المواد بشكل أفضل ، يحتاج الباحثون إلى معرفة كيفية ارتباط إلكترونات هذه المعادن التي تمر بمرحلة انتقالية ومدى قوة تفاعلها مع بعضها البعض. تعتبر تأثيرات التذبذب المكاني (التي تعززها حقيقة أن هذه الأكاسيد مصنوعة عادةً كمواد ثنائية الأبعاد أو ذات أغشية رقيقة) مهمة أيضًا. بينما يمكن استخدام تقنيات مثل اضطرابات الرسم التخطيطي لـ Feynman لوصف مثل هذه التقلبات ، فإنها تقصر عندما يتعلق الأمر بالتقاط تأثيرات الارتباط مثل انتقال العازل المعدني (Mott) ، وهو أحد الركائز الأساسية للموصلية الفائقة في درجات الحرارة العالية.

هذا هو المكان الذي يأتي فيه نموذج يُعرف باسم نظرية المجال الديناميكي (DMFT). في العمل الجديد ، بقيادة الباحثين جامعة فيينا للتكنولوجيا فيزيائي الحالة الصلبة كارستن هيلد استخدم ما يسمى بالامتدادات التخطيطية لـ DMFT لدراسة السلوك الفائق التوصيل للعديد من مركبات palladate.

تحتوي الموصلات الفائقة Cuprate على مكون غريب

الحسابات التي تم تفصيلها في استعراض للحروف البدنية، تكشف أن التفاعل بين الإلكترونات يجب أن يكون قويًا ، ولكن ليس قويًا جدًا ، لتحقيق درجات حرارة انتقالية عالية. لا يقترب أي من الكوبرات أو النيكل من هذا التفاعل الأمثل من النوع المتوسط ​​، ولكن الملوثات موجودة. يلاحظ هيلد أن "البلاديوم يقع مباشرة تحت خط النيكل في الجدول الدوري". "الخصائص متشابهة ، لكن الإلكترونات هناك في المتوسط ​​بعيدة إلى حد ما عن النواة الذرية وعن بعضها البعض ، وبالتالي يكون التفاعل الإلكتروني أضعف."

وجد الباحثون أنه في حين أن بعض palladates ، ولا سيما RbSr₂PDO₃ و أ ′₂PDO₂Cl₂ (أ ′ = با_0.5La_0.5) ، "مثالية تقريبًا" ، والبعض الآخر ، مثل NdPdO₂، ضعيفة للغاية. "لقد وصل وصفنا النظري للموصلية الفائقة إلى مستوى جديد ،" موتوهارو كيتاتاني ل جامعة هيوجو يروي عالم الفيزياء. "نحن على يقين من أن زملائنا التجريبيين سيحاولون الآن تصنيع هذه المواد."

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• أفلاطونايستريم. ذكاء بيانات Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• سك المستقبل مع أدرين أشلي. الوصول هنا.
• شراء وبيع الأسهم في شركات ما قبل الاكتتاب مع PREIPO®. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/palladium-oxides-could-make-better-superconductors/