يؤدي قلب المفتاح الموجود على أي نوع من الأجهزة الكهربائية إلى إطلاق ضجة من الجزيئات المشحونة التي تسير في الوقت المناسب مع جهد الدائرة.
لكن اكتشافًا جديدًا في مواد غريبة تُعرف بالمعادن الغريبة كشف أن الكهرباء لا تنتقل دائمًا بنفس الوتيرة ويمكن أن تنزف في بعض الأحيان بطرق جعلت علماء الفيزياء يتساءلون عما نعرفه عن طبيعة الجسيمات.
تم إجراء البحث على أسلاك نانوية مصنوعة من توازن دقيق من الإيتربيوم والروديوم والسيليكون (YbRh).2لو2).
ومن خلال إجراء سلسلة من تجارب القياس الكمي على هذه الأسلاك النانوية، اكتشف باحثون أمريكيون ونمساويون أدلة يمكن أن تساعد في تسوية الجدل حول طبيعة التيارات الكهربائية في المعادن التي لا تتصرف بالطرق التقليدية.
تم اكتشافه في نهاية القرن الماضي في فئة من المركبات النحاسية المعروفة بعدم مقاومتها للتيارات في درجات الحرارة المرتفعة نسبيًا، معادن غريبة تصبح أكثر مقاومة للكهرباء عند تسخينها، مثل أي معدن آخر.
ولكنهم يفعلون ذلك بطريقة غريبة إلى حد ما، حيث يزيدون من مقاومتهم بمقدار محدد لكل درجة ارتفاع في درجة الحرارة.
في المعادن العادية، تختلف المقاومة مع درجة الحرارة وتستقر بمجرد أن تصبح المادة ساخنة بدرجة كافية.
يشير هذا التباين في قواعد المقاومة إلى أن التيارات في المعادن الغريبة لا تعمل بنفس الطريقة. لسبب ما، تختلف الطريقة التي تتفاعل بها الجسيمات الحاملة للشحنة في المعادن الغريبة مع تدافع الجسيمات المحيطة بها عن تعرج الإلكترونات في آلة الكرة والدبابيس عبر شريط الأسلاك المتوسط.
إن ما يمكن أن نتخيله كتيار من الكرات ذات الشحنة السالبة التي تتدفق عبر أنبوب من ذرات النحاس هو أمر أكثر تعقيدًا بعض الشيء. ففي نهاية المطاف، الكهرباء هي مسألة كمومية، حيث تتناغم خصائص عدد من الجسيمات لتتصرف كوحدات مفردة تسمى أشباه الجسيمات.
ويظل السؤال مفتوحًا عما إذا كانت نفس أنواع أشباه الجسيمات تفسر سلوكيات المقاومة غير العادية للمعادن الغريبة، حيث تشير بعض النظريات والتجارب إلى أن مثل هذه الجسيمات يمكن أن تفقد سلامتها في ظل الظروف المناسبة.
ولتوضيح ما إذا كانت هناك مسيرة ثابتة لأشباه الجسيمات في تدفق الإلكترونات في المعادن الغريبة، استخدم الباحثون ظاهرة تسمى صوت اطلاق النار.
إذا تمكنت من إبطاء الوقت، فإن فوتونات الضوء المنبعثة حتى من الليزر الأكثر دقة سوف تنفجر وتتشقق مع كل إمكانية التنبؤ بشحوم لحم الخنزير المقدد الساخنة. هذا “الضجيج” هو سمة من سمات الاحتمالية الكمومية ويمكن أن يوفر مقياسًا لتفاصيل الشحنات أثناء تدفقها عبر الموصل.
“الفكرة هي أنني إذا قمت بتوصيل تيار، فإنه يتكون من مجموعة من حاملات الشحن المنفصلة”. قال المؤلف الرئيسي دوج ناتلسون، عالم الفيزياء في جامعة رايس في الولايات المتحدة.
“يحدث هذا بمعدل متوسط، لكن في بعض الأحيان تتقارب في الوقت المناسب، وفي بعض الأحيان تكون متباعدة.”
وجد الفريق قياسات لضوضاء الإطلاق في العينة الرقيقة للغاية من YbRh2لو2 تم قمعها بقوة بطريقة لا يمكن تفسيرها للتفاعلات النموذجية بين الإلكترونات وبيئتها، مما يشير إلى أن أشباه الجسيمات ربما لم تكن مؤثرة.
وبدلا من ذلك، كانت الشحنة أكثر سيولة من التيارات الموجودة في المعادن التقليدية، وهي النتيجة التي تدعمها نموذج مقترح منذ أكثر من 20 عامًا من تأليف المؤلف كيمياو سي، عالم فيزياء المواد المكثفة في جامعة رايس.
تصف نظرية سي للمواد التي تقترب من الصفر درجة كيف أن الإلكترونات في مواقع معينة لم تعد تتشارك في الخصائص التي من شأنها أن تسمح لها بتكوين أشباه الجسيمات.
على الرغم من أنه يمكن استبعاد سلوك أشباه الجسيمات التقليدي مبدئيًا، إلا أن الفريق ليس متأكدًا تمامًا من الشكل الذي يتخذه هذا التيار “السائل”، أو حتى ما إذا كان يمكن العثور عليه في وصفات معدنية غريبة أخرى.
“ربما يكون هذا دليلاً على أن أشباه الجسيمات ليست أشياء محددة جيدًا أو أنها ببساطة غير موجودة وأن الشحنات تتحرك بطرق أكثر تعقيدًا. نحن بحاجة إلى العثور على المفردات الصحيحة لشرح كيفية تحرك الأحمال بشكل جماعي.” قال ناثانسون.
تم نشر هذا البحث في علم.
