لطالما كانت أبحاث الموصلية الفائقة موضوعا ساخنا في مجتمع الفيزياء. نحن نعلم أن الموصلات الفائقة هي مواد خاصة قادرة على توصيل الكهرباء دون مقاومة ، وهي ظاهرة لا يمكن تحقيقها عادة إلا في درجات حرارة منخفضة للغاية. لعقود من الزمان ، أبهر لغز الموصلية الفائقة عددا لا يحصى من الباحثين ، خاصة أولئك الذين يرغبون في العثور على مواد فائقة التوصيل في درجة حرارة الغرفة. ولكن حتى وقت قريب ، أعطى اكتشاف جديد من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech) أبحاث الموصلية الفائقة طلقة في الذراع.

في قلب هذا الاكتشاف الجديد توجد حالة فائقة التوصيل تعرف باسم تعديل كثافة زوج كوبر (PDM). بعبارات بسيطة ، تكشف حالة PDM عن سلوك فائق التوصيل جديد ، مما يشير إلى أن اقتران الإلكترونات (أزواج كوبر) في الموصلات الفائقة لا يتم توزيعه بشكل موحد ، بل يتم تعديله مكانيا. الأطوال الموجية لهذا التعديل صغيرة مثل الذرات. قد يبدو الأمر معقدا ، لكن أهمية هذه الدراسة هي أنها توفر أدلة رئيسية لفهمنا للآليات المجهرية للتوصيل الفائق.

直到現在，超導體中的能量間隙通常被認為是均勻的。也就是說，超導體的能量間隙在各個地方都是一樣的。但從20世紀60年代開始，科學家就開始提出一個想法：某些超導體的能量間隙或許不是均勻的，而是會隨空間波動。這一假設，在理論上得到了進一步的發展，尤其是在2000年代，所謂的“配對密度波（PDW）”狀態得到了提出，暗示超導體中的能量間隙會以較大波長的方式發生波動，像是一個起伏的波場。

ومع ذلك ، هناك دائما مسافة بين النظرية والتجربة. على الرغم من أن الموصلات الفائقة القائمة على الحديد تعتبر قادرة على تحقيق حالة PDW ، إلا أن الباحثين يواجهون تحديات كبيرة في جعل هذه الفرضية حقيقة واقعة. في الآونة الأخيرة فقط ، اخترق فريق معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا أخيرا عنق الزجاجة هذا عندما لاحظوا بنجاح ظاهرة جديدة فائقة التوصيل ، وهي حالة PDM ، على صفائح رقيقة للغاية من الموصل الفائق القائم على الحديد FeTe45.0Se0.0. على عكس الدراسات السابقة ، لم يكتشفوا فقط تعديل الفجوة فائقة التوصيل ، ولكن أيضا الطول الموجي لهذا التعديل كان في الواقع متسقا مع التباعد الذري للشبكة البلورية. هذا الاكتشاف هو بلا شك طفرة كبيرة في أبحاث الموصلية الفائقة.

لفهم أهمية هذا الاكتشاف ، من المهم فهم دور الفحص المجهري النفقي المسح (STM) في هذه الدراسة. في الماضي ، كانت تجارب الفحص المجهري للأنفاق على الموصلات الفائقة القائمة على الحديد بطيئة بسبب مشكلات تلوث السطح. لكن هذه المرة ، ابتكر فريق أبحاث معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا الطريقة التجريبية ونجح في إزالة تلوث السطح ، مما سمح لهم بإجراء فحص عالي الدقة على الأسطح الأنظف. وبهذه الطريقة ، تمكنوا من مراقبة تعديل كثافة أزواج الإلكترون في الموصلات الفائقة ، ويمكن أن يصل اتساع هذا التعديل إلى 40٪.

يؤكد هذا الاكتشاف أيضا جدوى حالة PDW في التجارب ، ولكنه يكشف أيضا عن المزيد من تعقيد ظاهرة الموصلية الفائقة. كيف نفهم هذا التعديل؟ كيف نشأت؟ يشير النموذج النظري للفريق إلى أن هذا التعديل قد يكون بسبب كسر تماثلين - التماثل الشبكي الفرعي والتماثل الدوراني المميز. يوفر هذا النموذج دعما نظريا للبيانات التجريبية ويفتح اتجاهات جديدة للبحث المستقبلي.

ومع ذلك ، هذا لا يعني أن جميع المشاكل قد تم حلها. على الرغم من أن هذا الاكتشاف يقتربنا خطوة واحدة من فهم ظاهرة الموصلية الفائقة ، إلا أنه لا يزال هناك العديد من المناطق المجهولة التي يجب استكشافها. يجب ألا ننسى أن التفاعلات الإلكترونية والتأثيرات الكمومية التي تنطوي عليها ظاهرة الموصلية الفائقة أكثر تعقيدا بكثير مما نعرفه الآن. من المؤكد أن اكتشاف حالة PDM قد فتح أعيننا على إمكانيات جديدة ، ولكن لا تزال هناك حاجة إلى مزيد من البحث المتعمق لتطبيق هذا الاكتشاف على تصميم المواد العملية ، وخاصة تطوير الموصلات الفائقة في درجة حرارة الغرفة.

في الواقع ، أحد أكبر التحديات في أبحاث الموصلية الفائقة الحالية هو كيفية تحقيق الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة. الموصلية الفائقة المحيطة ليست حلما علميا فحسب ، بل هي أيضا ثورة تكنولوجية محتملة. من الحوسبة الكمومية إلى نقل الطاقة ، ومن الأجهزة الطبية إلى فيزياء الطاقة العالية ، ستحدث الموصلية الفائقة المحيطة ثورة في الطريقة التي تعمل بها هذه المجالات. لذلك ، على الرغم من أن اكتشاف حالة PDM يعد تقدما مهما ، إلا أننا ما زلنا بعيدين عن تحقيق الموصلية الفائقة لدرجة حرارة الغرفة.

في مستقبل أبحاث الموصلية الفائقة ، سنرى المزيد من الاكتشافات الجديدة. مع استمرار تقدم التكنولوجيا ، سيتمكن الباحثون من استكشاف البنية المجهرية للمواد على نطاقات أدق. ستساعدنا هذه الطرق التجريبية الجديدة على فهم الآلية الداخلية للتوصيل الفائق بشكل أفضل وتوفر لنا المزيد من الاحتمالات لتحقيق الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة.