معلومات

يشرح الباحثون سبب برودة التوصيل الفائق

يشرح الباحثون سبب برودة التوصيل الفائق

هناك العديد من المواد في ظل ظروف معينة يمكنها توصيل الكهرباء دون أي مقاومة كبيرة. تُعرف هذه الظاهرة باسم التوصيل الفائق. لكن معظم هذه المواد لا يمكنها تجربة الموصل الفائق إلا في درجات حرارة منخفضة للغاية.

انظر أيضًا: الموصلية الفائقة: ما هي وما أهميتها لمستقبلنا

كان الباحثون يحاولون إيجاد طرق حسابية نظرية لتمثيل وفهم هذه القاعدة لفترة طويلة ، معظمها دون نجاح - حتى الآن. طورت جامعة فيينا للتكنولوجيا طريقة جديدة تقطع شوطًا طويلاً في شرح تعقيدات التوصيل الفائق.

كشفت مشكلة معقدة

"في الواقع ، من المدهش أن التوصيل الفائق يحدث فقط في درجات حرارة منخفضة للغاية" ، كما يقول البروفيسور كارستن هيلد من معهد فيزياء الجوامد في جامعة فيينا.

"عندما تفكر في الطاقة الصادرة عن الإلكترونات المشاركة في التوصيل الفائق ، تتوقع في الواقع أن يكون التوصيل الفائق ممكنًا في درجات حرارة أعلى أيضًا."

لفهم التوصيل الفائق ، يجب أن تبدأ بتطبيق قوانين الفيزياء. "المشكلة هي أن العديد من الجسيمات متورطة في ظاهرة التوصيل الفائق ، وكلها في نفس الوقت ،" يوضح هيلد.

"هذا يجعل الحسابات معقدة للغاية."

لا يمكن النظر إلى الإلكترونات الفردية في مادة ما كأفراد ولكن ينظر إليها ككل. ومع ذلك ، فإن هذا المقياس يجعل الفكرة معقدة للغاية حتى أن أقوى أجهزة الكمبيوتر في العالم لا فائدة منها.

"ومع ذلك ، هناك العديد من طرق التقريب التي يمكن أن تساعدنا في تمثيل الارتباطات الكمية المعقدة بين الإلكترونات" ، كما يقول هيلد.

إحدى هذه الطرق هي "نظرية المجال المتوسط ​​الديناميكي" وهي نظرية مثالية للمشكلات التي يكون فيها حساب الارتباطات الكمية بين الإلكترونات صعبًا بشكل خاص.

بحث جديد مبني على "مخطط فاينمان"

تتوسع الأعمال الجديدة من TU Wein في حساب "مخطط Feynman". مخططات فاينمان هي طريقة لتمثيل التفاعلات بين الجسيمات.

تسمح المخططات بتمثيل جميع التفاعلات الممكنة للجسيمات في مخطط وبالتالي فهي مفيدة لإجراء حسابات دقيقة للغاية. ابتكر ريتشارد فاينمان ، الحائز على جائزة نوبل ، الرسوم البيانية لاستخدامها في دراسة الجسيمات الفردية في الفراغ.

ولكن يمكن استخدامها لتحليل التفاعلات بين الجسيمات في الأجسام الصلبة أيضًا. ومع ذلك ، كلما كان التفاعل أكثر تعقيدًا ، زادت الحاجة إلى المزيد من المخططات.

يوضح هيلد: "في طريقة طورتها أنا والبروفيسور توشي ، لم نعد نستخدم مخططات فاينمان فقط لتصوير التفاعلات ، بل نستخدم أيضًا قمة معقدة تعتمد على الوقت كمكون".

"هذا الرأس نفسه يتكون من عدد لا حصر له من مخططات فاينمان ، ولكن باستخدام خدعة ذكية ، لا يزال من الممكن استخدامه للحسابات على كمبيوتر عملاق."

خلقت هذه الطريقة الجديدة طريقة للباحثين لتقريب التفاعل الكمي المعقد للجسيمات المطلوب حسابها.

"الشيء المثير فيما يتعلق بالفيزياء هو أنه يمكننا أن نظهر أنه في الواقع الاعتماد الزمني للقمة يعني أن التوصيل الفائق ممكن فقط في درجات حرارة منخفضة."

من خلال العمل المضني ، تمكن موتوهارو كيتاتاني والبروفيسور هيلد من تحديد مخطط فاينمان الأرثوذكسي الذي يوضح لماذا تصبح المواد التقليدية فائقة التوصيل عند -200 درجة مئوية فقط وليس في درجة حرارة الغرفة - وبالتالي حل مشكلة طويلة الأمد.

سيسمح هذا العمل بفهم أفضل للمواد فائقة التوصيل وخصائصها. يمكن أن يؤدي أيضًا إلى اكتشاف مادة يمكنها تحقيق التوصيل الفائق في درجة حرارة الغرفة.


شاهد الفيديو: 143. الموصلات الفائقة (شهر نوفمبر 2021).