يقدم باحث من جامعة تسوكوبا نموذجًا نظريًا جديدًا للموصلية الفائقة في درجات الحرارة العالية ، حيث يمكن للتيار الكهربائي أن يتدفق بدون مقاومة ، مما قد يؤدي إلى توليد ونقل الطاقة بكفاءة عالية.
صاغ عالم في قسم فيزياء المادة المكثفة الكمية بجامعة تسوكوبا نظرية جديدة للموصلية الفائقة. استنادًا إلى حساب “اتصال بيري” ، يمكن لهذا النموذج تفسير النتائج التجريبية الجديدة بشكل أفضل من النظرية الحالية. يمكن أن يسمح العمل لشبكات الطاقة المستقبلية بإرسال الطاقة دون خسائر.
تعتبر الموصلات الفائقة من المواد الرائعة التي قد تبدو تافهة في ظل الظروف المحيطة ، ولكن عند تبريدها إلى درجات حرارة منخفضة للغاية ، فإنها تسمح للتيار الكهربائي بالتدفق بدون مقاومة. هناك العديد من التطبيقات الواضحة للموصلية الفائقة ، مثل نقل الطاقة بلا خسارة ، لكن الفيزياء الكامنة وراء هذه العملية لا تزال غير مفهومة بشكل واضح. يُطلق على طريقة التفكير الراسخة في الانتقال من الموصل العادي إلى الموصل الفائق نظرية باردين-كوبر-شريففر (BCS). في هذا النموذج ، طالما بقيت الإثارة الحرارية صغيرة بدرجة كافية ، يمكن للجسيمات أن تشكل “أزواج كوبر” التي تنتقل معًا وتقاوم الانتشار. ومع ذلك ، لا يشرح نموذج BCS بشكل كافٍ جميع أنواع الموصلات الفائقة ، مما يحد من قدرتنا على إنشاء مواد فائقة التوصيل أكثر قوة تعمل في درجة حرارة الغرفة.
اليوم ، طور عالم من جامعة تسوكوبا نموذجًا جديدًا للموصلية الفائقة يكشف بشكل أفضل عن المبادئ الفيزيائية. بدلاً من التركيز على اقتران الجسيمات المشحونة ، تستخدم هذه النظرية الجديدة الأداة الرياضية المسماة “اتصال بيري”. تحسب هذه القيمة التواء الفضاء حيث تتحرك الإلكترونات. “في نظرية BCS القياسية ، يكون أصل الموصلية الفائقة هو اقتران الإلكترونات. في هذه النظرية ، يتم تحديد التيار الفائق على أنه التدفق دون تبديد الإلكترونات المقترنة ، بينما تخضع الإلكترونات المفردة دائمًا للمقاومة ، “يوضح البروفيسور هيروياسو كويزومي.
على سبيل التوضيح ، تتشكل تقاطعات جوزيفسون عندما يتم فصل طبقتين فائقتي التوصيل بواسطة حاجز معدني رقيق أو عازل. على الرغم من استخدامها على نطاق واسع في كاشفات المجال المغناطيسي عالية الدقة وأجهزة الكمبيوتر الكمومية ، فإن تقاطعات جوزيفسون أيضًا لا تتطابق تمامًا مع نظرية BCS الداخلية. “في النظرية الجديدة ، يتمثل دور اقتران الإلكترون في تثبيت اتصال بيري ، بدلاً من أن يكون سببًا في الموصلية الفائقة في حد ذاته ، والتيار الفائق هو تدفق الإلكترونات المفردة والمزدوجة الناتجة عن التواء الفضاء حيث تنتقل الإلكترونات يقول البروفيسور كويزومي: “بسبب ارتباط بيري”. وبالتالي ، قد يؤدي هذا البحث إلى تطورات في الحوسبة الكمومية بالإضافة إلى الحفاظ على الطاقة.
المرجع: “التوصيل الفائق من خلال اتصال بيري من وظائف الموجة المتعددة الجسم: إعادة النظر إلى أندريف – انعكاس سانت جيمس وتأثير جوزيفسون” بقلم هيروياسو كويزومي ، 5 يوليو 2021 ، مجلة الموصلية الفائقة والمغناطيسية الجديدة.
DOI: 10.1007 / s10948-021-05905-نعم
