فريق من جامعة كامبريدج يصل لرقم قياسي جديد للموصلات الفائقة
تمكّن باحثون من جامعة كامبردج من تحطيم رقم قياسي ظل لأكثر من عقد، حيث تمكنوا من حصر مجال مغناطيسي بقوة 17.6 تسلا – أقوى 100 مرة تقريبًا من المجال الذي يولده مغناطيس ثلاجة عادية في درجة حرارة مرتفعة – تمكنوا من حصره في موصل فائق (gadolinium barium copper oxide) أو (GdBaCuO) ذي حرارة عالية، الرقم القياسي السابق كان 0.4 تسلا.
الموصلات الفائقة: هي تلك المواد التي تحمل التيارات بدون أن تواجهها مقاومة تُذكر “أو مقاومة صغيرة جدا” عندما تصل إلى أقل من درجة حرارة معينة. حيث أن الموصلات الفائقة التقليدية تحتاج لأن تكون درجة حرارتها قريبة من الصفر المطلق (-273 درجة مئوية) قبل أن تصبح موصل فائق، أما بالنسبة للموصلات الفائقة ذات الحرارة المرتفعة فإنها تصل إلى حالتها من التوصيل الفائق بدرجة حرارة أعلى من درجة حرارة غليان النتروجين (-196 درجة مئوية) مما يجعلهم أرخص وأسهل في التعامل معهم.
تستخدم الموصلات الفائقة حالياً في التطبيقات العلمية والطبية مثل ماسحات MRI، وفي المستقبل قد يمكن استخدامها لحماية الشبكة الوطنية ويزيد من كفاءة الطاقة، بسبب كمية التيار التي يتم نقلها عبر تلك الموصلات بدون فقد لطاقة تذكر. التيارات المحمولة عبر الموصلات الفائقة تنتج بطبيعة الحال مجالات مغناطيسية، وكلما كان المجال أقوى كلما تمكن الموصل الفائق من حمل تيارات أكبر، الموصلات الحالية تستطيع حمل تيارات أكبر بـ 100 مرة من النحاس بالتالي فإنها تعطيهم أفضلية وأداء أفضل من الموصلات التقليدية والمغناطيسات الدائمة.
الرقم الجديد تمّ الوصول إليه باستخدام عينات بقطر 25 مم من الموصل الفائق عالي الحرارة GDBOC تم بناءة على هيئة كبسولة كبيرة منفردة. الرقم العالمي السابق تم الوصول إليه عام 2003 بجهود من فريق ياباني بإشراف البروفسور Masato Murakami من معهد Shibaura التكنولوجي باستخدام نوع خاص جدا من الموصلات الفائقة المماثلة، لكن بشكل مختلف من حيث التركيب وطريقة البناء.
لإحتواء مثل هذا المجال الكبير، تم إستخدام عده مواد معروفة كـ Cuprates “صحيفة رقيقة من النحاس محاطة بالأكسجين فضلاً عن أنواع معقده من الذرات” ، الـ Cuprates يُعتبر من أقدم الموصلات الفائقة المُكتشفة، وبالإمكان استخدامها بشكل وأسع في التطبيقات الطبية والعلمية. بالإضافة إلى كونه من الموصلات الفائقة عالية الجودة وذات إمكانيات وتطبيقات متعددة، الـ Cuprates يمكن أن يكون هش بشكل كبير عندما يتم تشكيلها على هيئة سيراميك مترسب،
لذلك محاولة حصر مجال مغناطيسي بتلك القوة مع كتلة من الـ Cuprates سيؤدي بهم الى الإنفجار، لتجاوز هذه المشكلة تم التعديل في التركيبة الذرية لـ GdBCO ليزيد من قدرته على حمل التيارات وأيضا لزيادة أداءه الحراري وتدعيم ذلك بحلقة من حديد مضاد للصداء كالذي كان يستخدم لتغليف عينات الكبسولات المنفردة.
ومن المشاكل التي واجهت فريق البحث أن خطوط الفيض المغناطيسي في الموصلات الفائقة تقاوم بعضها البعض بشدة، جاعلةً من إحتواء مثل هذه الحقول الكبير أمراً بغاية الصعوبة. ولكن عن طريق تعديل البنية الذرية، الحقل يظل في عينات تسمى “مركز تشبيك خطوط الفيض” بحيث تتوزع مراكز التشبيك هذه في المادة المعّنية.
عدد من التطبيقات المناسبة لهذه التقنية يتم حالياً تطوريها عن طريق فريق جامعة كامبردج والهيئات المتعاونة معها. ويتوقع أن تنتشر هذه التقنية بشكل واسع وتجاري في الخمس السنوات القادمة.
اعداد: عبدالله الشيباني
