إمكانية صناعة الموصّلات الفائقة الجديدة بشكل مجهري عن طريق وضع ذرة بعد ذرة

سوف يعتمد مستقبل صناعة الإلكترونيات على أنواع غير مسبوقة من المواد. ومع ذلك، فمن الصعب الحصول على تأثيرات ملموسة جديدة في بعض الأحيان في ضوء الاصطفاف الطبيعي للذّرات. لمعالجة هذه المشكلة، نجح الباحثون في جامعة زيورخ الآن في تصميم الموصّلات الفائقة التي تتم صناعتها عبر وضع ذرة تلو أخرى، مما خلق حالات جديدة للمادة المنظورة.

كيف سيبدو شكل الكمبيوتر في المستقبل؟ كيف سيعمل؟ يعد إيجاد إجابات لهذه الأسئلة محركًا رئيسيًا للبحث العلمي القائم على هذه الفكرة. هناك العديد من السيناريوهات المحتملة، بدءًا من التّطوير المستمرّ للإلكترونيّات الكلاسيكية إلى الحوسبة العصبية والحواسيب الكمومية. يتميز العنصر المشترك في كل هذه المسارات هو أنها تستند إلى تأثيرات ملموسة جديدة، بعضها لم يتم التنبؤ به حتى الآن إلا من الناحية النظرية. يبذل الباحثون جهودًا كبيرة ويستخدمون أحدث المعدات في سعيهم للحصول على مواد كمومية جديدة تمكنهم من إحداث مثل هذه التأثيرات. ولكن ماذا لو لم تكن هناك مواد مناسبة تنشأ بشكل طبيعي؟

نهج جديد للموصّلية الفائقة:

في دراسة حديثة نشرت في مجلّة “فيزياء الطبيعة”، قامت المجموعة البحثية للبروفيسور تيتوس نيوبرت في جامعة زيورخ -الذي يعمل بشكل وثيق مع فريق الفيزيائيين في معهد ماكس بلانك لفيزياء البنية المجهرية في مدينة هاله في ألمانيا- بتقديم حل ممكن، فقد صنع الباحثون المواد المطلوبة بأنفسهم ذرة واحدة في كل مرة، وركّزوا على أنواع جديدة من الموصلات الفائقة، وكانت مثيرةً جدًا للاهتمام لأنها توفر مقاومة كهربائية صفرية في درجات الحرارة المنخفضة.

تُستخدم الموصلات الفائقة في العديد من أجهزة الكمبيوتر الكمومية بسبب تفاعلاتها غير العادية مع المجالات المغناطيسية، لذلك يشار إليها أحيانا باسم المواد التي تتمغنط بشكل مثالي في المجالات المغناطيسية Ideal Diamagnets. أمضى الفيزيائيون النظريون سنوات في البحث والتنبؤ بمختلف حالات التوصيل الفائق، ومع ذلك يقول البروفيسور نيوبرت: “لم يتم إثبات سوى عدد قليل من هذه الحالات حتى الآن بشكل مؤكد في المواد المنظورة”.

نوعان جديدان من الموصّلية الفائقة:

توقع باحثو جامعة زوريخ نظريًا كيفيّة ترتيب الذرات لإنشاء مرحلة جديدة فائقة التوصيل، ثم أجرى الفريق في معهد ماكس بلانك تجارب لتنفيذ اصطفاف مجهري للذرات ذات الصلة، فباستخدام مجهر المسح النفقي، قاموا بتحريك الذرات وترسيبها في المكان المناسب بدقة ذرية. تم استخدام نفس الطريقة أيضا لقياس الخصائص المغناطيسية والموصلية الفائقة للنظام.

تمكن الباحثون من إنشاء نوعين جديدين من الموصلية الفائقة من خلال ترسيب ذرات الكروم على سطح النيوبيوم فائق التوصيل. تم استخدام طرق مماثلة سابقًا لمعالجة ذرات المعادن والجزيئات، ولكن حتى الآن لم يكن من الممكن أبدًا صنع موصلات فائقة ثنائية الأبعاد باستخدام هذا النهج.

لا تؤكد هذه النتائج التنبؤات النظرية للفيزيائيين فحسب، بل تمنحهم أيضا سببًا للتكهن بالحالات الجديدة الأخرى للمادة التي يمكن إنشاؤها بهذه الطريقة، وإذا ما كان بالإمكان استخدامها في أجهزة الكمبيوتر الكمومية في المستقبل.