نظرية جديدة لشرح الموصلية الفائقة

قدم باحث في جامعة تسوكوبا نموذجًا نظريًا جديدًا للموصلية الفائقة في درجات الحرارة العالية حيث يمكن أن يتدفق التيار الكهربائي بدون مقاومة ، مما يؤدي إلى إنتاج ونقل طاقة أكثر كفاءة.

طور عالم من قسم فيزياء المادة الموصلة الكمية بجامعة سوكوبا نظرية جديدة تسمى الموصلية الفائقة. استنادًا إلى حساب “بيري لينك” ، يساعد هذا النموذج في شرح النتائج النظرية الجديدة بشكل أفضل من النظرية الحالية. قد يسمح هذا العمل للشبكات الكهربائية المستقبلية بنقل الطاقة دون خسائر.

تعتبر الموصلات الفائقة من المواد الجذابة التي لا يمكن ملاحظتها في الظروف المحيطة ، ولكن عند تبريدها إلى درجات حرارة منخفضة للغاية ، اسمح للتيار الكهربائي بالتدفق بدون مقاومة. هناك العديد من التطبيقات الواضحة للموصلية الفائقة مثل نقل الطاقة بلا خسارة ، لكن الفيزياء الأساسية لهذه العملية لم يتم فهمها بوضوح بعد. الطريقة الثابتة للتحول من الحالة الطبيعية إلى التوصيل الفائق تسمى نظرية باردين كوبر شرايبر (PCS). في هذا النموذج ، طالما كانت النبضات الحرارية صغيرة ، يمكن للجسيمات أن تشكل “أزواجًا نحاسية” تلتقي معًا وتقاوم التشتت. ومع ذلك ، فإن نموذج PCS لا يصف بشكل كاف جميع أنواع الموصلات الفائقة ، مما يحد من قدرتها على إنتاج مواد فائقة التوصيل أكثر قوة تعمل في درجة حرارة الغرفة.

الآن ، توصل عالم في جامعة سوكوبا إلى نموذج جديد للموصلية الفائقة يعبر بشكل أفضل عن مبادئ الفيزياء. بدلاً من التركيز على ربط الجسيمات المشحونة ، تستخدم هذه النظرية الجديدة أداة رياضية تسمى “رابط التوت”. تحسب هذه القيمة عزم الدوران الذي تنتقل به الإلكترونات. يقول المؤلف البروفيسور هيروياسو كويزومي: “في نظرية PCS القياسية ، يكون أصل الموصلية الفائقة هو اقتران الإلكترون. في هذه النظرية ، يتم تحديد التيار الفائق على أنه تدفق مشتت للإلكترونات المتصلة ، بينما لا تزال الإلكترونات الفردية تواجه مقاومة”.

على سبيل المثال ، تتشكل تقاطعات جوزيفسون عندما يتم فصل طبقتين من الموصلات الفائقة بواسطة حاجز رقيق مصنوع من معدن عادي أو عازل. على الرغم من استخدامها على نطاق واسع في كاشفات المجال المغناطيسي عالية الدقة وأجهزة الكمبيوتر الكمومية ، إلا أن تقاطعات جوزيفسون لا تتناسب أيضًا مع نظرية PCS. “في النظرية الجديدة ، يتمثل دور ارتباط الإلكترون في تثبيت اتصال التوت ، وهو ليس سببًا تلقائيًا للموصلية الفائقة ، ولكنه بالأحرى تدفق إلكترونات مفردة ومزدوجة تتشكل عن طريق التواء الفضاء. يؤدي إلى تحسينات في الحفاظ على الطاقة .

ملاحظة: “الموصلية الفائقة لوصلة بيري من وظائف موجة الجسم المتعددة: إعادة النظر في انعكاس أندرو سانت جيمس وتأثير جوزيفسون” بقلم هيروياسو كويزومي ، 5 يوليو 2021 ، مجلة الموصلية الفائقة والمغناطيسية الجديدة.
DOI: 10.1007 / s10948-021-05905-ص