مرحلة الفجوة الكاذبة والتشابه مع الموصلية الفائقة
أظهر فريق بحثي حديثًا نمطًا مغناطيسيًّا خفيًا داخل مرحلة تُعرف بالفجوة الكاذبة، وهي مرحلة تظهر مباشرة فوق انتقال المادة إلى حالة التوصيل الفائق في بعض المواد الكمية، وتعد مفتاحًا لفهم نشوء الموصلية الفائقة عند درجات حرارة أعلى من المعتاد.
المحاكاة بالذرات فائقة البرودة وتصويرها الدقيق
وصَف الباحثون محاكاة كمّيّة تعتمد على ذرات فائقة البرودة، تعرف بنموذج فيرمي-هابارد، بهدف تمثّل-electron وتفاعلاته داخل مواد صلبة. وقَدموا ذرات ليثيوم مبردة إلى درجات قريبة من الصفر المطلق، ثم وضعوها ضمن شبكة بلورية تم إنشاؤها بضوء ليزري، لتُحاكي حركة الإلكترونات وتزاوجها وتفاعلاتها في المواد الكَمّية الحقيقية.
التقاط البيانات ورصد الترتيبات المغناطيسية
وباستخدام مجهر الغاز الكمي، التقط الباحثون أكثر من 35 ألف صورة لذرات فردية، ما مَكَّنهم من قياس اتجاه اللف المغزلي لكل ذرة بدقة عالية، فظهر ترابط موحّد بين الاتجاهات مع تبريد الشبكة وتحديد درجة حرارة مميزة تمثل لحظة ظهور مرحلة الفجوة الكاذبة.
ترتيب مغناطيسي يظهر دون وجود الإلكترونات
وعند هذه النقطة تحديدًا، اكتشف الفريق نشوء ترتيب مغناطيسي مضاد للتوازي رغم غياب الإلكترونات في المادة، وهو حالة تُعرف باسم التطعيم أو الإضافة، ما يوحي بأن المغناطيسية قد تلعب دورًا أعمق في نشوء الموصلية الفائقة مما كان يُعتقد سابقًا.
تشابه مع ظواهر مغناطيسية غريبة في جليد اللفّ المغزلي
تشير النتائج إلى تشابه مع ظواهر ظهرت سابقًا في مغناطيسات جليد اللفّ المغزلي، حيث تتكوّن بنية رباعية من الذرات المغناطيسية وتواجه الإحباط المغناطيسي، وهو ما يدفع إلى التفكير في وجود أقطاب مغناطيسية منفردة داخل المواد نتيجة ترتيب اللفّ المغزلي.
خطوة نحو فهم الموصلية الفائقة
تقدم هذه النتائج رؤية جديدة للعلاقة بين المغناطيسية الكمية والموصلية الفائقة، ومع التقدم في تقنيات المحاكاة الكمية، يأمل العلماء في الوصول إلى آليات أساسية تقود إلى مواد جديدة موصّلة عند درجات حرارة أعلى، بما قد يسهم في تقنيات الطاقة والنقل والإلكترونيات.
