يوم الأربعاء ، أصدرت مجلة Nature ورقة تصف مزيجًا من العناصر التي يمكنها التوصيل الفائق في درجة حرارة الغرفة. يتبع العمل اتجاهًا عامًا لإيجاد طرق جديدة لحشو الهيدروجين في خليط من الذرات الأخرى باستخدام الضغط الشديد. أنتج هذا الاتجاه مجموعة متنوعة من الموصلات الفائقة ذات درجات الحرارة العالية في الأبحاث السابقة ، على الرغم من أن توصيفها كان صعبًا بسبب الضغوط التي ينطوي عليها. ومع ذلك ، فإن هذه المادة الكيميائية الجديدة تتميز بالموصلية الفائقة عند ضغوط أقل بكثير من الإصدارات السابقة ، مما يسهل على الآخرين تكرار العمل.
ومع ذلك ، فإن المختبر الذي أنتج المادة الكيميائية كان قد تراجع عن إحدى أوراقه السابقة حول الموصلية الفائقة ذات درجة الحرارة العالية بسبب نقص التفاصيل المتعلقة بأحد قياساتها الرئيسية. لذا ، فمن الرهان أن يحاول العديد من الباحثين الآخرين تقليده.
بيئة منخفضة الضغط
يتطلب شكل الموصلية الفائقة المتضمنة هنا أن تتعاون الإلكترونات مع بعضها البعض ، لتشكيل ما يسمى أزواج كوبر. أحد الأشياء التي تشجع على تكوين زوج كوبر هو الاهتزاز عالي التردد (يسمى فونون) بين النوى الذرية التي ترتبط بها هذه الإلكترونات. من الأسهل الترتيب مع النوى الخفيفة ، والهيدروجين هو الأخف وزناً. لذا يُعتقد أن إيجاد طرق لتعبئة المزيد من الهيدروجين في مادة كيميائية هو طريق قابل للتطبيق نحو إنتاج موصلات فائقة عالية الحرارة.
ومع ذلك ، فإن أضمن طريقة للقيام بذلك تنطوي على ضغوط شديدة. يمكن أن تحفز هذه الضغوط الهيدروجين على دخول التركيب البلوري للمعادن أو تكوين مواد كيميائية غنية بالهيدروجين غير مستقرة عند ضغوط منخفضة. نتج عن هذين الأسلوبين إنتاج مواد كيميائية ذات درجات حرارة حرجة للغاية ، وهي أعلى نقطة تدعم فيها الموصلية الفائقة. في حين أن هذه قد اقتربت من درجة حرارة الغرفة ، ومع ذلك ، فإن الضغوط المطلوبة كانت متعددة جيجاباسكال – مع كل غيغاباسكال ما يقرب من 10000 مرة من الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر.
في الأساس ، يتضمن هذا مقايضة درجات الحرارة غير العملية بالضغوط غير العملية.
ومع ذلك ، كان الأمل في أن نتمكن من استخدام هذه المواد الكيميائية لتحديد المبادئ العامة التي تنتج هذا النوع من الموصلية الفائقة الغنية بالهيدروجين ، ثم استخدامها لتحديد المواد الكيميائية الأخرى التي تظهر سلوكًا مشابهًا في ظل ظروف يسهل الحفاظ عليها.
هذا ما يحدث في الورقة الجديدة. ركز فريق البحث على اللوتيتيوم استنادًا إلى حقيقة أن شغل مداراته الإلكترونية يجب أن يوفر عددًا قليلاً من الإلكترونات التي يمكن أن تشارك في تكوين أزواج Cooper ، مما يجعل الموصلية الفائقة أسهل. وأضافوا كميات ضئيلة من النيتروجين على أمل أن تسمح المنشطات للمادة الكيميائية بتبني تكوين يساعد في استقرارها ، مما يقلل من الضغوط المطلوبة.
دونما سابق إنذار، على حين غرة، فجأة
كان من الواضح أن شيئًا ما كان يحدث لمزيج اللوتيتيوم / النيتروجين / الهيدروجين قبل إجراء أي قياسات. في الظروف المحيطة ، أدت إضافة الغازين إلى تحويل لون اللوتيتيوم إلى اللون الأزرق ، ويرجع ذلك على الأرجح إلى تسرب الهيدروجين إلى المعدن. ولكن ، مع زيادة الضغط إلى آلاف الغلاف الجوي ، تحول الخليط إلى اللون الوردي الدراماتيكي ، والذي اتضح أنه مرتبط بتحول الخليط إلى معدن. أدى الاستمرار في زيادة الضغوط إلى أكثر من 30000 مرة من الضغوط الجوية إلى فقدانها لخصائصها المعدنية وتحول لونها إلى اللون الأحمر الداكن.
كانت الموصلية الفائقة ممكنة في النطاق الكامل للضغط الجوي من 3000 إلى 30،000 مرة. لذلك عمل الباحثون من خلال نطاق الضغط هذا للعثور على الضغط الذي يدعم أعلى درجة حرارة حرجة. تبين أن الذروة كانت عند ضغط جوي يقارب 10000 مرة.
كانت درجة الحرارة هذه 294 كلفن ، أي حوالي 21 درجة مئوية ، أو 70 درجة فهرنهايت ، والتي ، بالنسبة لمعظمنا ، هي درجة حرارة الغرفة.
تغير الموصلية الفائقة الخصائص المغناطيسية للمادة أيضًا ، ويتم أخذ جزء كبير من الورقة من خلال مناقشة قياس الخصائص المغناطيسية للعينة. هذا ليس بالأمر السهل ، بالنظر إلى مدى صغر العينة وأنها محصورة بين جميع الأجهزة اللازمة لسحق العينة تحت ضغط شديد.
تم بذل الكثير من العمل أيضًا في محاولة اكتشاف ماهية المادة. يكاد يكون من المؤكد أنه يحتوي على بعض الهيدروجين والنيتروجين المدمجين في المعدن ، لكن من غير الواضح مقدار ذلك ، نظرًا لأنه يمكن ببساطة استبعاد أي فائض من الغازين من العينة. حاول الباحثون القيام بعلم البلورات عليها ، لكن النتائج غامضة إلى حد ما. الإشارة من الهيدروجين (الوزن الذري للواحد) تغمرها إشارة اللوتيتيوم (الوزن الذري 175) ، ومن الممكن أن يتحرك الهيدروجين داخل المادة.
لذا ، بينما هم يحددون أين الهيدروجين قد في المادة ، فليس من الواضح عدد المواقع التي كانت مشغولة بالفعل. وهذا سيجعل من الصعب استخلاص مبادئ أكبر من سلوك هذه المادة.
هل يمكننا تصديق هذا؟
معلق فوق كل هذا هو سحب الورقة التي تصف بعض القياسات السابقة لهذا المعمل نفسه. تم إجراء هذا التراجع من قبل محرري Nature بسبب اعتراضات الباحثين. تم التراجع عنه بسبب مشاكل في البيانات المتضمنة في القياسات المغناطيسية ولكن تم تسريعها بلا شك من حقيقة أنه لا أحد يستطيع تأكيد السلوك المغناطيسي لأنهم لم يتمكنوا من صنع المادة الكيميائية الموصوفة في الورقة السابقة.
بالنظر إلى ذلك ، فإن الاستجابة الداخلية هنا ستكون عدم الثقة في العمل الحالي. ولكن من العدل أيضًا أن نتوقع أن جميع المراجعين النظراء للورقة الجديدة قد حصلوا على نفس الاستجابة الداخلية ، لذلك من المحتمل أن الورقة الجديدة قد تلقت الكثير من التدقيق الدقيق.
لكن الشيء الرئيسي هو أنه إذا كان من الممكن إعادة إنتاج هذا العمل ، فمن المحتمل أن يقوم الكثير من الناس بذلك بسرعة نسبيًا. هذا لأنه يحتاج إلى أجهزة أقل تفصيلاً لإنشائها. طالما أن المختبر يحتوي على نظام تكييف هواء لائق ، يجب أن يكون من التافه الاحتفاظ بعينة في درجات الحرارة المذكورة هنا. ويمكن الوصول إلى الضغوط المطلوبة باستخدام معدات أقل تعقيدًا بكثير مما قد تحتاجه لضرب الجيجا باسكال التي تتطلبها المواد السابقة من هذا النوع.
نتيجة لذلك ، يجب أن تكون هذه المادة في متناول عدد أكبر بكثير من المعامل مما كان يمكن أن يعمل في السابق على الموصلات الفائقة الغنية بالهيدروجين. لذا ، إذا كانت هذه النتائج حقيقية ، يجب أن نرى تقارير النتائج يتم إعادة إنتاجها قريبًا جدًا.
الطبيعة ، 2023. DOI: 10.1038 / s41586-023-05742-0 (حول DOIs).
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”