مادة جديدة قد تُحدث ثورة شاملة في الطاقة والإلكترونيات

قال باحثون إنهم تمكنوا من ابتكار مادة جديدة يمكن من خلالها تغيير العالم بأسره. ويقول الفريق البحثي بجامعة روشستر في نيويورك إنه تمكن من صنع مادة فائقة التوصيل تعمل في درجات حرارة وضغط منخفضين بما يكفي لاستخدامها فعليًا في المواقف العملية.

ويمثل الابتكار الجديد اختراقاً في مجالٍ ظل العلماء يحاولون العمل فيه وتطويره منذ أكثر من قرن، ويتمثل في صنع مادة قادرة على نقل الكهرباء دون مقاومة، ويمكن استخدامها في تطوير القطارات المغناطيسية شديدة السرعة، بحسب ما ذكر موقع صحيفة الاندبندنت.

ومن الممكن أن يؤدي الاكتشاف الجديد إلى إنتاج شبكات طاقة قادرة على نقل الطاقة بسلاسة دون مقاومة، مما يوفر ما يصل إلى 200 مليون ميغاواط/ساعة يتم فقدها حاليًا بسبب المقاومة، كما يمكن أن تسهم المادة الجديدة أيضًا في تقنية الاندماج النووي، وهي عملية طال انتظارها يمكن من خلالها إنتاج طاقة غير محدودة.

ويقترح العلماء هناك تطبيقات أخرى للمادة الخارقة الجديدة تشمل إنتاج القطارات المغناطيسية عالية السرعة والحوامات وأنواع جديدة من المعدات الطبية.

 

وفي وقت سابق، قام فريق علمي من الباحثين بقيادة رانجا دياس - وهو الباحث الرئيسي الذي يقود الفريق العلمي الحالي - بنشر دراسة عن ابتكار مادتين فائقتي التوصيل، وإن كانتا بدرجة أقل من المادة الجديدة المبتكرة ونشرت الدراسة مبدئياً في مجلة Nature and Physical Review Letters، لكن محرري المجلة  تراجعوا عن قرار النشر   وسط تساؤلات حول النهج العلمي الذي اتبعه الفريق البحثي.

لكن في هذه المرة، يقول البروفيسور دياس وفريقه إنهم اتخذوا خطوات إضافية لتجنب التعرض لنقد مماثل، وقال إنه تم التحقق عدة مرات من صحة الورقة البحثية السابقة وتم دعمها ببيانات جديدة تم جمعها من خارج المختبر، مع الاستعانة بفريق من العلماء قاموا بمراقبة التجارب أثناء حدوثها على الهواء مباشرة، كما أجروا عملية مماثلة للتيقن من دقة البحث الجديد.

وعادةً ما يواجه تدفق ونقل الكهرباء مقاومة أثناء تحركها عبر الأسلاك، ويتم فقدان بعض الطاقة المنقولة في صورة حرارة.

وقبل قرن من الزمان، اكتشف الفيزيائيون مواد - تسمى الآن الموصلات الفائقة - تختفي فيها المقاومة تقريباً. لكن هذه المواد فقدت مقاومتها عند انخفاض درجات الحرارة بشدة، مما حد من التطبيقات العملية لهذه المواد. وعلى مدى عقود، سعى العلماء للحصول على موصلات فائقة تعمل في درجات حرارة الغرفة، بحسب ما ذكرت صحيفة نيويورك تايمز.

تم وصف المادة الجديدة في ورقة بحثية بعنوان "دليل على قدرة التوصل الفائقة في هيدريد اللوتيتيوم (N-doped)"، ونُشرت الدراسة في مجلة Nature.

وقام البروفيسور دياس والفريق بإنتاج المادة عن طريق استعمال معدن أرضي نادر للغاية يسمى اللوتيتيوم وخلطه مع الهيدروجين ونسبة صغيرة من النيتروجين، وترك الخليط بعد ذلك ليتفاعل لمدة يومين أو ثلاثة أيام، في درجات حرارة عالية.

أُطلق الباحثون على المادة اسم "المادة الحمراء" بسبب لونها وكإشارة إلى المادة الغامضة التي ظهرت في أحد أفلام سلسلة Star Trek، حيث وجد العلماء أنها تتحول بشكل مفاجئ إلى اللون الأحمر الساطع للغاية أثناء إنتاجها.

وفي البداية تشكلت المادة الجديدة وكان لونها أزرقاً، ولكن مع تعرضها للضغط المرتفع للغاية، تحولت من اللون الأزرق إلى اللون الوردي وعندها تمتعت بقدرة مرتفعة للغاية على توصيل التيار الكهربي دون أدنى مقاومة تقريباً، ثم أصبح لونها أحمر.

ويقول العلماء المشاركون في الورقة البحثية إن المادة الجديدة ستمثل حقبة جديدة للاستخدام العملي للمواد فائقة التوصيل، وأضاف الفريق العلمي أن المادة حتى تكون في أفضل حالات النشاط فإنه يجب تسخينها إلى 20.5 درجة مئوية وضغطها إلى حوالي 145000 رطل / بوصة مربعة.

وقال البروفيسور دياس في بيان صحفي: "أصبح الطريق إلى إنتاج مواد إلكترونية فائقة التوصيل وتصنيع خطوط نقل الطاقة والنقل وغيرها من مجالات التطوير في قطاعات مختلفة حقيقة واقعة"، مضيفاً: "نعتقد أننا الآن في عصر التوصيل الفائق الحديث."

قد تشمل هذه التطبيقات العملية استخدام المواد لتسريع تطوير "آلات توكاماك" التي يتم تطويرها لتحقيق تقنية الاندماج النووي والتي تنتج قدراً خرافياً من الطاقة.

عماد حسن