·
·
الخميس، ٦ آب ٢٠٢٦dailybeirut.com
تكنولوجيا وعلوم
أظهرت دراسة جديدة أن نيوبيوم سيلينيد (NbSe₂) وثاليوم سلفيد (TaS₂) عند صيغتهما الرقيقة جدًّا تحتويان على حالتين فائقتي التوصيل مترابطتين قويًّا، لا حالة واحدة كما بدا من القياسات السابقة، ما يفسر لغزًا مستمرًّا في الفيزياء.
كشف باحثون من معهد راكه للفيزياء ومركز علوم النانو والتكنولوجيا في الجامعة العبرية بالقدس عن طبيعة كامنة غير مُدرَكة سابقًا في مواد فائقة التوصيل رقيقة جدًّا. وأظهرت نتائجهم أن نيوبيوم سيلينيد (NbSe₂) وثاليوم سلفيد (TaS₂)، عند تقليل سماكتهما إلى بضعة طبقات ذرية، لا تتصرَّف وفق حالة واحدة فائقة التوصيل، بل تحتويان على حالتين فائقتي التوصيل مترابطتين بشدة، بحيث تظهران في القياسات كأنها حالة واحدة.
كانت التجارب السابقة على نيوبيوم سيلينيد الرقيق جدًّا تشير إلى وجود فجوة طاقية واحدة فقط — وهي السمة المميِّزة التي تعكس كيفية اقتران الإلكترونات والحركة دون مقاومة كهربائية. وقد أثار هذا البساطة الظاهرية تساؤلاتٍ لم تتمكن النظريات التقليدية من الإجابة عنها بشكل كامل. وقاد الدراسة كلٌّ من شهار سيمون، طالب دكتوراه، ومايا كلاנג، طالبة ماجستير، بإشراف البروفيسور أودد ميلو والبروفيسور هادر شتاينبرغ.
ونُشِرت النتائج في مجلة Physical Review Letters في ٢٩ يونيو ٢٠٢٦، تحت عنوان «التوصيل الفائق ثنائي النطاق في نيوبيوم سيلينيد قليل الطبقات وثاليوم سلفيد»، مع رقم التعريف الرقمي DOI: 10.1103/p836-tdgw.
استخدم الفريق تقنية مطيافية النفق الحساسة جدًّا، التي تفحص الحالات الإلكترونية داخل المادة بدقة عالية، لاكتشاف أن السلوك الإلكتروني في نيوبيوم سيلينيد الرقيق جدًّا لا يتوافق مع نموذج ترتيب فائق واحد. وبدلاً من ذلك، كشفت القياسات عن وجود ترتيبين فائقين مختلفين تمامًا، لكن تفاعلها القوي يجعلهما يظهران ككيان موحد في البيانات التجريبية.
وتم رصد نفس السلوك الخفي في ثاليوم سلفيد (TaS₂)، وهو مادة فائقة التوصيل ذات علاقة وثيقة بنيوبيوم سيلينيد، ما يعزِّز عمومية النتيجة.
وعلى عكس النماذج التقليدية التي فشلت في إعادة إنتاج الشكل الدقيق للطيف الطاقي الفائق في هاتين المادتين، استخدم الباحثون نموذجًا أكثر تطورًا يضم ترتيبين فائقين منفصلين لكن مترابطين بشدة. وقد حقَّق هذا النموذج توافقًا دقيقًا مع نتائج المطيافية، وكذلك مع التغيرات التي تطرأ على سلوك المادتين عند تعرضهما لمجالات مغناطيسية.
وهذا التوافق يفسِّر سبب ظهور القياسات السابقة بسيطة رغم تعقيد البنية الفائقة للتوصيل الكامنة.
وتشير النتائج أيضًا إلى أن الصيغة السميكة (الدُفعية) من نيوبيوم سيلينيد قد تحتوي على ثلاثة ترتيبات فائقة للتوصيل مترابطة، وليس اثنين فقط. وهذا يوحي بأن تعقيد آلية التوصيل الفائق في هذه المادة يزداد مع زيادة السماكة، خلافًا لما كان يُفترض سابقًا.
ويُعد التعرف على هذه البنية الكامنة خطوة أساسية نحو التحكم الدقيق في تصميم المواد والأجهزة الفائقة التوصيل، خاصة في سياق تطوير الحواسيب الكمومية والإلكترونيات فائقة الكفاءة وأجهزة الاستشعار المتقدمة وغيرها من التطبيقات التي تعتمد على التوصيل الفائق.
