تمكّن فريق بحثي من كشف نمط مغناطيسي مخفي داخل ما يُعرف بمرحلة الفجوة الكاذبة، وهي مرحلة غريبة تظهر مباشرة فوق درجة الانتقال إلى الحالة فائقة التوصيل في بعض المواد الكمية.
ما هي مرحلة الفجوة الكاذبة ولماذا محورية؟
تُعد مرحلة الفجوة الكاذبة إحدى أكثر المراحل غموضًا في المواد فائقة التوصيل، لأنها تظهر حين تفقد المادة بعض خصائصها الإلكترونية دون أن تتحول بعد إلى حالة التوصيل الفائق. يرى العلماء أن فهم هذه المرحلة قد يكشف كيف تنشأ الموصلية الفائقة، خصوصًا في المواد التي تعمل عند درجات حرارة أعلى من المعتاد.
المحاكاة باستخدام ذرات فائقة البرودة والتجربة
لدرس طبيعة هذه المرحلة استخدم الباحثون محاكيًا كمّيًا يعتمد على ذرات فائقة البرودة يُسمّى نموذج فيرمي–هابارد، لمحاكاة حركة الإلكترونات وتفاعلاتها داخل المواد الصلبة. وقام الفريق بتبريد ذرات ليثيوم إلى درجات قريبة من الصفر المطلق، ثم وضعها داخل شبكة بلورية أنشأها ضوء الليزر لتحاكي حركة الإلكترونات وارتباطاتها داخل المواد الكمية.
الرصد والتصوير الدقيق لــ Spin الذرات
باستخدام مجهر الغاز الكمي، التقط الباحثون أكثر من 35 ألف صورة لذرات فردية، ما أتاح لهم قياس اتجاه اللف المغزلي لكل ذرة بدقة عالية. وأظهرت النتائج نمطًا موحّدًا من الترابط بين اللفّات المغزلية مع تبريد الشبكة الذرية، وهو النمط المرتبط بدرجة حرارة محددة تمثل لحظة ظهور مرحلة الفجوة الكاذبة.
وعند تلك اللحظة تحديدًا اكتشف الفريق وجود ترتيب مغناطيسي مضاد للتوازي رغم غياب الإلكترونات داخل النظام، وهي حالة يُشار إليها علميًا باسم التطعيم أو الإضافة (Doping).
تشابه مع ظواهر مغناطيسية غريبة
تشبه هذه النتائج ما لوحظ سابقًا في مغناطيسات جليد اللفّ المغزلي، حيث تتكوّن رباعيات من الذرات المغناطيسية وتواجه الإحباط المغناطيسي في تكوين ترتيب تقليدي. وفي جليد اللفّ المغزلي يمكن أن يؤدي قلب اتجاه اللفّ المغزلي إلى ظهور عيوب تمثّل القطبين الشمالي والجنوبي للمغناطيس، وهي ظاهرة رُصدت عبر تجارب تعتمد على تشتت النيوترونات وتدعم فكرة وجود مغناطيسية كمّية غير تقليدية مرتبطة بحالة الموصلية الفائقة.
خطوة نحو حل لغز الموصلية الفائقة
توفر هذه النتائج رؤية جديدة حول العلاقة بين المغناطيسية الكمّية والموصلية الفائقة، ومع تطور تقنيات المحاكاة الكمية يأمل الباحثون في التعرّف أكثر إلى الآليات الأساسية التي تتحكم في هذه الظواهر وربما فتح طريق لتصميم مواد موصلية فائقة تعمل عند درجات حرارة أعلى وتغيّر تأسيس الطاقة والإلكترونيات.
