■ ( اكتشف الفيزيائيون
"عائلة" من بنى الجرافين
القوية فائقة التوصيل).
===
▪︎أنتج علماء الفيزياء في معهد
ماساتشوستس للتكنولوجيا الجرافين
الملتوي باعتباره "عائلة" جديدة من
الموصلات الفائقة القوية ، ويتكون
كل عضو من طبقات الجرافين
المتناوبة ، والمكدسة بزوايا دقيقة.
"عائلة" من بنى الجرافين
القوية فائقة التوصيل).
===
▪︎أنتج علماء الفيزياء في معهد
ماساتشوستس للتكنولوجيا الجرافين
الملتوي باعتباره "عائلة" جديدة من
الموصلات الفائقة القوية ، ويتكون
كل عضو من طبقات الجرافين
المتناوبة ، والمكدسة بزوايا دقيقة.
الجرافين عبارة عن مادة أحادية
الذرة يمكن تقشيرها من نفس
الجرافيت الموجود في الرصاص
بالقلم الرصاص.
تتكون المادة الرقيقة كليًا من ذرات
الكربون مرتبة في نمط سداسي
بسيط ، مشابه لذلك الموجود في
سلك الدجاج..chicken wire
منذ عزله في عام 2004 ، وجد أن
الذرة يمكن تقشيرها من نفس
الجرافيت الموجود في الرصاص
بالقلم الرصاص.
تتكون المادة الرقيقة كليًا من ذرات
الكربون مرتبة في نمط سداسي
بسيط ، مشابه لذلك الموجود في
سلك الدجاج..chicken wire
منذ عزله في عام 2004 ، وجد أن
الجرافين يجسد العديد من
الخصائص الرائعة في شكله
أحادي الطبقة.
في عام 2018 ، وجد باحثو معهد MIT أنه إذا تم تكديس طبقتين من
الجرافين بزاوية "سحرية" محددة
جدًا ، يمكن أن يُظهر هيكل الطبقة
الثنائية الملتوية الموصلية الفائقة
القوية ، وهي حالة مادية مرغوبة
الخصائص الرائعة في شكله
أحادي الطبقة.
في عام 2018 ، وجد باحثو معهد MIT أنه إذا تم تكديس طبقتين من
الجرافين بزاوية "سحرية" محددة
جدًا ، يمكن أن يُظهر هيكل الطبقة
الثنائية الملتوية الموصلية الفائقة
القوية ، وهي حالة مادية مرغوبة
على نطاق واسع يمكن أن يتدفق
خلالها تيار كهربائي بدون فقدان
طاقة.. في الآونة الأخيرة ، وجدت
نفس المجموعة حالة ناقلة فائقة
مماثلة موجودة في الجرافين
ثلاثي الطبقات الملتوي - وهو
بنية مصنوعة من ثلاث طبقات من
الجرافين مكدسة بزاوية سحرية
دقيقة وجديدة.
خلالها تيار كهربائي بدون فقدان
طاقة.. في الآونة الأخيرة ، وجدت
نفس المجموعة حالة ناقلة فائقة
مماثلة موجودة في الجرافين
ثلاثي الطبقات الملتوي - وهو
بنية مصنوعة من ثلاث طبقات من
الجرافين مكدسة بزاوية سحرية
دقيقة وجديدة.
أفاد الفريق الآن - لقد خمنت ذلك -
يمكن لف أربع وخمس طبقات من
الجرافين وتكديسها في زوايا سحرية
جديدة للحصول على موصلية فائقة
قوية في درجات حرارة منخفضة.
هذا الاكتشاف الأخير ، الذي نُشر هذا
الأسبوع في مواد الطبيعة ، يؤسس
التكوينات الملتوية والمكدسة
يمكن لف أربع وخمس طبقات من
الجرافين وتكديسها في زوايا سحرية
جديدة للحصول على موصلية فائقة
قوية في درجات حرارة منخفضة.
هذا الاكتشاف الأخير ، الذي نُشر هذا
الأسبوع في مواد الطبيعة ، يؤسس
التكوينات الملتوية والمكدسة
المختلفة للجرافين كأول "عائلة"
معروفة من الموصلات الفائقة ذات
الزاوية السحرية متعددة الطبقات.
حدد الفريق أيضًا أوجه التشابه
والاختلاف بين أفراد عائلة الجرافين.
يمكن أن تكون النتائج بمثابة مخطط
لتصميم موصلات فائقة عملية بدرجة
حرارة الغرفة.. إذا كان من الممكن
معروفة من الموصلات الفائقة ذات
الزاوية السحرية متعددة الطبقات.
حدد الفريق أيضًا أوجه التشابه
والاختلاف بين أفراد عائلة الجرافين.
يمكن أن تكون النتائج بمثابة مخطط
لتصميم موصلات فائقة عملية بدرجة
حرارة الغرفة.. إذا كان من الممكن
تكرار الخصائص بين أفراد الأسرة
في مواد أخرى موصلة بشكل
طبيعي ، فيمكن تسخيرها ، على
سبيل المثال ، لتوصيل الكهرباء
دون تبديد أو بناء قطارات
مغناطيسية تعمل بدون احتكاك.
يقول المؤلف الرئيسي جونغ مين
(جين) بارك ، وهو طالب دراسات
عليا في قسم الفيزياء في معهد
في مواد أخرى موصلة بشكل
طبيعي ، فيمكن تسخيرها ، على
سبيل المثال ، لتوصيل الكهرباء
دون تبديد أو بناء قطارات
مغناطيسية تعمل بدون احتكاك.
يقول المؤلف الرئيسي جونغ مين
(جين) بارك ، وهو طالب دراسات
عليا في قسم الفيزياء في معهد
ماساتشوستس للتكنولوجيا: "نظام
الجرافين ذو الزاوية السحرية هو
الآن" عائلة "شرعية ، تتجاوز
نظامين". "امتلاك هذه العائلة له
معنى خاص لأنه يوفر طريقة
لتصميم موصلات فائقة متينة."
▪︎'لا حدود'
كانت مجموعة jarillo-herrero
أول من اكتشف الجرافين ذو الزاوية
الجرافين ذو الزاوية السحرية هو
الآن" عائلة "شرعية ، تتجاوز
نظامين". "امتلاك هذه العائلة له
معنى خاص لأنه يوفر طريقة
لتصميم موصلات فائقة متينة."
▪︎'لا حدود'
كانت مجموعة jarillo-herrero
أول من اكتشف الجرافين ذو الزاوية
السحرية ، في شكل بنية ثنائية
الطبقات من لوحين من الجرافين
وضعت واحدة فوق الأخرى وتزاحم
قليلاً بزاوية دقيقة تبلغ 1.1 درجة.
هذا التكوين الملتوي ، المعروف
باسم تموج في النسيج الفائق ،
يحول المادة إلى موصل فائق
قوي ومستمر في درجات حرارة
منخفضة للغاية.
الطبقات من لوحين من الجرافين
وضعت واحدة فوق الأخرى وتزاحم
قليلاً بزاوية دقيقة تبلغ 1.1 درجة.
هذا التكوين الملتوي ، المعروف
باسم تموج في النسيج الفائق ،
يحول المادة إلى موصل فائق
قوي ومستمر في درجات حرارة
منخفضة للغاية.
وجد الباحثون أيضًا أن المادة
أظهرت نوعًا من البنية الإلكترونية
يُعرف باسم "الشريط المسطح" ،
حيث تمتلك إلكترونات المادة
نفس الطاقة ، بغض النظر عن زخمها.
في حالة النطاق المسطح هذه ،
وفي درجات الحرارة شديدة
البرودة ، تتباطأ الإلكترونات
المحمومة عادةً بشكل جماعي بما
أظهرت نوعًا من البنية الإلكترونية
يُعرف باسم "الشريط المسطح" ،
حيث تمتلك إلكترونات المادة
نفس الطاقة ، بغض النظر عن زخمها.
في حالة النطاق المسطح هذه ،
وفي درجات الحرارة شديدة
البرودة ، تتباطأ الإلكترونات
المحمومة عادةً بشكل جماعي بما
يكفي لتتزاوج فيما يُعرف باسم
أزواج النحاس- وهي مكونات
أساسية للموصلية الفائقة التي
يمكن أن تتدفق عبر المادة دون
مقاومة.
بينما لاحظ الباحثون أن الجرافين
الملتوي ثنائي الطبقة أظهر كلا من
الموصلية الفائقة وبنية النطاق
المسطح ، لم يكن واضحًا ما إذا
كان الأول قد نشأ عن الأخير.
أزواج النحاس- وهي مكونات
أساسية للموصلية الفائقة التي
يمكن أن تتدفق عبر المادة دون
مقاومة.
بينما لاحظ الباحثون أن الجرافين
الملتوي ثنائي الطبقة أظهر كلا من
الموصلية الفائقة وبنية النطاق
المسطح ، لم يكن واضحًا ما إذا
كان الأول قد نشأ عن الأخير.
يقول بارك: "لم يكن هناك دليل على
أن بنية النطاق المسطح أدت إلى
الموصلية الفائقة". "منذ ذلك
الحين أنتجت مجموعات أخرى
هياكل ملتوية أخرى من مواد
أخرى لها بعض الشريط المسطح ،
لكن لم يكن لديهم بالفعل موصلية
فائقة قوية.
أن بنية النطاق المسطح أدت إلى
الموصلية الفائقة". "منذ ذلك
الحين أنتجت مجموعات أخرى
هياكل ملتوية أخرى من مواد
أخرى لها بعض الشريط المسطح ،
لكن لم يكن لديهم بالفعل موصلية
فائقة قوية.
▪︎لذلك تساءلنا:
هل يمكننا إنتاج جهاز فائق
التوصيل ذو نطاق مسطح آخر؟"
عندما نظروا في هذا السؤال ،
استخلصت مجموعة من جامعة
هارفارد حسابات أكدت رياضيًا أن
ثلاث طبقات من الجرافين ، ملتوية
عند 1.6 درجة ، ستظهر أيضًا
نطاقات مسطحة ، واقترحت أنها
هل يمكننا إنتاج جهاز فائق
التوصيل ذو نطاق مسطح آخر؟"
عندما نظروا في هذا السؤال ،
استخلصت مجموعة من جامعة
هارفارد حسابات أكدت رياضيًا أن
ثلاث طبقات من الجرافين ، ملتوية
عند 1.6 درجة ، ستظهر أيضًا
نطاقات مسطحة ، واقترحت أنها
قد تكون فائقة التوصيل.
واستمروا في إظهار أنه لا ينبغي
أن يكون هناك حد لعدد طبقات
الجرافين التي تظهر الموصلية
الفائقة ، إذا تم تكديسها والتواءها
بالطريقة الصحيحة تمامًا ، في
الزوايا التي توقعوها أيضًا.
أخيرًا ، أثبتوا أنه بإمكانهم ربط
كل بنية متعددة الطبقات رياضيًا
واستمروا في إظهار أنه لا ينبغي
أن يكون هناك حد لعدد طبقات
الجرافين التي تظهر الموصلية
الفائقة ، إذا تم تكديسها والتواءها
بالطريقة الصحيحة تمامًا ، في
الزوايا التي توقعوها أيضًا.
أخيرًا ، أثبتوا أنه بإمكانهم ربط
كل بنية متعددة الطبقات رياضيًا
بهيكل النطاق المسطح المشترك -
وهو دليل قوي على أن النطاق
المسطح قد يؤدي إلى الموصلية
الفائقة القوية.
"لقد توصلوا إلى أنه قد يكون هناك
هذا التسلسل الهرمي الكامل لهياكل
الجرافين ، إلى طبقات لا نهائية ،
والتي قد تتوافق مع تعبير رياضياتي
مماثل لهيكل النطاق المسطح"،
يقول بارك.
وهو دليل قوي على أن النطاق
المسطح قد يؤدي إلى الموصلية
الفائقة القوية.
"لقد توصلوا إلى أنه قد يكون هناك
هذا التسلسل الهرمي الكامل لهياكل
الجرافين ، إلى طبقات لا نهائية ،
والتي قد تتوافق مع تعبير رياضياتي
مماثل لهيكل النطاق المسطح"،
يقول بارك.
بعد وقت قصير من هذا العمل ،
وجدت مجموعة جاريلو-هيريرو أن
الموصلية الفائقة وشريطًا مسطحًا
ظهر بالفعل في الجرافين ثلاثي
الطبقات الملتوي - ثلاث صفائح
من الجرافين ، مكدسة مثل شطيرة
الجبن ، وتحولت طبقة الجبن
الوسطى بمقدار 1.6 درجة فيما
يتعلق بالطبقات الخارجية المحصورة .
وجدت مجموعة جاريلو-هيريرو أن
الموصلية الفائقة وشريطًا مسطحًا
ظهر بالفعل في الجرافين ثلاثي
الطبقات الملتوي - ثلاث صفائح
من الجرافين ، مكدسة مثل شطيرة
الجبن ، وتحولت طبقة الجبن
الوسطى بمقدار 1.6 درجة فيما
يتعلق بالطبقات الخارجية المحصورة .
لكن البنية ثلاثية الطبقات أظهرت
أيضًا اختلافات طفيفة مقارنة
بنظيرتها ثنائية الطبقة.
"هذا جعلنا نتساءل ، أين يتناسب
هذان الهيكلان من حيث فئة المواد
بأكملها ، وهل ينتميان إلى نفس
العائلة؟" يقول بارك.
أيضًا اختلافات طفيفة مقارنة
بنظيرتها ثنائية الطبقة.
"هذا جعلنا نتساءل ، أين يتناسب
هذان الهيكلان من حيث فئة المواد
بأكملها ، وهل ينتميان إلى نفس
العائلة؟" يقول بارك.
▪︎عائلة غير تقليدية.
في الدراسة الحالية ، سعى الفريق
إلى رفع مستوى عدد طبقات
الجرافين.. لقد صنعوا هيكلين
جديدين ، مكونين من أربع وخمس
طبقات من الجرافين ، على التوالي.
يتم تكديس كل هيكل بالتناوب ،
على غرار شطيرة الجبن المتغيرة
من الجرافين ثلاثي الطبقات الملتوي.
في الدراسة الحالية ، سعى الفريق
إلى رفع مستوى عدد طبقات
الجرافين.. لقد صنعوا هيكلين
جديدين ، مكونين من أربع وخمس
طبقات من الجرافين ، على التوالي.
يتم تكديس كل هيكل بالتناوب ،
على غرار شطيرة الجبن المتغيرة
من الجرافين ثلاثي الطبقات الملتوي.
احتفظ الفريق بالهياكل في ثلاجة
أقل من 1 كلفن (حوالي -273 درجة
مئوية) ، وأجروا تيارًا كهربائيًا عبر
كل هيكل ، وقاسوا المخرجات في
ظل ظروف مختلفة ، على غرار
الاختبارات لأنظمتهم ثنائية
الطبقات وثلاثية الطبقات.
بشكل عام ، وجدوا أن كلاً من
الجرافين الملتوي المكون من أربع
أقل من 1 كلفن (حوالي -273 درجة
مئوية) ، وأجروا تيارًا كهربائيًا عبر
كل هيكل ، وقاسوا المخرجات في
ظل ظروف مختلفة ، على غرار
الاختبارات لأنظمتهم ثنائية
الطبقات وثلاثية الطبقات.
بشكل عام ، وجدوا أن كلاً من
الجرافين الملتوي المكون من أربع
وخمس طبقات يُظهر أيضًا موصلية
فائقة قوية وشريطًا مسطحًا.
تشترك الهياكل أيضًا في أوجه تشابه
أخرى مع نظيرتها ثلاثية الطبقات ،
مثل استجابتها تحت مجال
مغناطيسي متفاوت القوة
والزاوية والاتجاه.
أظهرت هذه التجارب أن هياكل
الجرافين الملتوية يمكن اعتبارها
فائقة قوية وشريطًا مسطحًا.
تشترك الهياكل أيضًا في أوجه تشابه
أخرى مع نظيرتها ثلاثية الطبقات ،
مثل استجابتها تحت مجال
مغناطيسي متفاوت القوة
والزاوية والاتجاه.
أظهرت هذه التجارب أن هياكل
الجرافين الملتوية يمكن اعتبارها
عائلة جديدة ، أو فئة من المواد
فائقة التوصيل الشائعة. اقترحت
التجارب أيضًا أنه قد يكون هناك
خروف أسود في العائلة: البنية
الأصلية ثنائية الطبقة ، بينما تشترك
في الخصائص الرئيسية ، أظهرت
أيضًا اختلافات طفيفة عن أشقائها.
فائقة التوصيل الشائعة. اقترحت
التجارب أيضًا أنه قد يكون هناك
خروف أسود في العائلة: البنية
الأصلية ثنائية الطبقة ، بينما تشترك
في الخصائص الرئيسية ، أظهرت
أيضًا اختلافات طفيفة عن أشقائها.
على سبيل المثال ، أظهرت التجارب
السابقة للمجموعة أن الموصلية
الفائقة للهيكل قد انهارت تحت
الحقول المغناطيسية المنخفضة
وكانت أكثر تفاوتًا مع دوران
المجال ، مقارنة بإخوتها متعددي
الطبقات.
أجرى الفريق عمليات محاكاة لكل
نوع من الهياكل ، بحثًا عن تفسير
السابقة للمجموعة أن الموصلية
الفائقة للهيكل قد انهارت تحت
الحقول المغناطيسية المنخفضة
وكانت أكثر تفاوتًا مع دوران
المجال ، مقارنة بإخوتها متعددي
الطبقات.
أجرى الفريق عمليات محاكاة لكل
نوع من الهياكل ، بحثًا عن تفسير
للاختلافات بين أفراد الأسرة.
وخلصوا إلى أن حقيقة أن الموصلية
الفائقة للجرافين ثنائي الطبقة
الملتوية تتلاشى في ظل ظروف
مغناطيسية معينة هي ببساطة لأن
جميع طبقاته الفيزيائية موجودة
في شكل "غير معكوس" داخل
الهيكل. بعبارة أخرى ، لا توجد
طبقتان في الهيكل متضادتان
وخلصوا إلى أن حقيقة أن الموصلية
الفائقة للجرافين ثنائي الطبقة
الملتوية تتلاشى في ظل ظروف
مغناطيسية معينة هي ببساطة لأن
جميع طبقاته الفيزيائية موجودة
في شكل "غير معكوس" داخل
الهيكل. بعبارة أخرى ، لا توجد
طبقتان في الهيكل متضادتان
لبعضهما البعض ، في حين أن أشقاء
الجرافين متعددي الطبقات يظهرون
نوعًا من التناظر المرآة.
تشير هذه النتائج إلى أن الآلية
التي تدفع الإلكترونات للتدفق
في حالة قوية فائقة التوصيل
هي نفسها عبر عائلة الجرافين
الملتوية.
"هذا مهم جدًا" ، تلاحظ المتنزه.
الجرافين متعددي الطبقات يظهرون
نوعًا من التناظر المرآة.
تشير هذه النتائج إلى أن الآلية
التي تدفع الإلكترونات للتدفق
في حالة قوية فائقة التوصيل
هي نفسها عبر عائلة الجرافين
الملتوية.
"هذا مهم جدًا" ، تلاحظ المتنزه.
"بدون معرفة ذلك ، قد يعتقد
الناس أن الجرافين ثنائي الطبقة
أكثر تقليدية مقارنة بالبنى متعددة
الطبقات. لكننا نظهر أن هذه العائلة
بأكملها قد تكون غير تقليدية وقوية
الموصلات الفائقة."
الناس أن الجرافين ثنائي الطبقة
أكثر تقليدية مقارنة بالبنى متعددة
الطبقات. لكننا نظهر أن هذه العائلة
بأكملها قد تكون غير تقليدية وقوية
الموصلات الفائقة."
جاري تحميل الاقتراحات...