فيه 25 يوليو 2023, هز اكتشاف غير مسبوق قام به باحثون كوريون المجتمع العلمي, الإعلان عن التوليف الناجح لأول موصل فائق في العالم في درجة حرارة الغرفة وضغط الغرفة, التركيب البلوري لفسفورسيليكات الرصاص المعدل (إل كيه -99). هذا الإنجاز يمكن أن يحدث ثورة في مختلف الصناعات, تقدم إمكانيات غير مسبوقة لنقل الطاقة, ينقل, الطب والبحث العلمي. لكن, مزيد من التحقق مطلوب لفهم الآثار المترتبة على هذا الاختراق الرائع بشكل كامل.
جدول المحتويات
- فهم الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة
- ولادة LK-99: حل غير متوقع
- الموصلية الفائقة في انتظار التحقق من الصحة
- الآثار المترتبة على الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة
- مستقبل الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة
فهم الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة
الموصلية الفائقة هي ظاهرة فيزيائية ملحوظة تحدث عند استخدام مواد معينة, المعروفة باسم الموصلات الفائقة, تظهر مقاومة كهربائية صفر وتطرد المجالات المغناطيسية تحت درجة حرارة حرجة محددة (ح). لوس الموصلات الفائقة التقليدية تتطلب درجات حرارة منخفضة للغاية قريبة من الصفر المطلق وضغوطًا عالية لتحقيق حالة التوصيل الفائق. Esto limita sus aplicaciones prácticas a entornos especializados y costosos. La búsqueda de la superconductividad a temperatura ambiente, donde estas propiedades extraordinarias pueden lograrse a temperaturas más altas y accesibles, ha sido un objetivo de larga data en el campo de la física de la materia condensada.
El descubrimiento de la superconductividad a temperatura ambiente revolucionaría diversas industrias al permitir una eficiencia, rendimiento y estabilidad sin precedentes en los sistemas eléctricos. Las aplicaciones potenciales abarcan desde la transmisión de energía hasta el transporte, la medicina e incluso la investigación científica, con la promesa de crear un futuro más sostenible y tecnológicamente avanzado.
ولادة LK-99: حل غير متوقع
أعلن الباحثون الكوريون عن اكتشافاتهم الرائدة على موقع النشر المسبق arXiv 25 يوليو 2023. وفقا للمستندات الخاصة بك, يُظهر LK-99 الموصلية الفائقة عند درجات حرارة أقل من 127 درجة مئوية دون الحاجة إلى ضغوط شديدة, إمكانية التغلب على القيود المفروضة على الموصلات الفائقة التقليدية.
اعتمد تطوير LK-99 على تعديل التركيب البلوري لفوسفور سيليكات الرصاص. أدخل العلماء الكوريون أيونات النحاس في الشبكة البلورية, استبدال أيونات الرصاص بشكل استراتيجي, وتسبب في تشويه الإجهاد في البنية المجهرية. تم تصميم هذه التعديلات لتحسين خصائص التوصيل الفائق للمادة وتحقيق الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة..
La temperatura crítica (ح), que marca el punto en el cual un material pasa de un estado normal a un estado superconductor, se midió por debajo de 127°C en LK-99. Este valor particular de Tc es de gran importancia, ya que representa un rango de temperaturas más accesible que los superconductores tradicionales. Los investigadores también presentaron evidencia que respalda el comportamiento superconductor de LK-99, incluida la resistencia cero, la corriente crítica (Ic), el campo magnético crítico (Hc) y el efecto Meissner.
الموصلية الفائقة في انتظار التحقق من الصحة
Si bien los resultados iniciales mostraron el potencial de LK-99 como un superconductor a temperatura ambiente, ومن المهم ملاحظة أن نتائج البحث لم يتم التحقق منها بشكل مستقل من قبل فرق علمية أخرى..
نظرا للادعاءات التي قدمها الباحثون الكوريون, يتابع العلماء من العديد من البلدان النتائج عن كثب ويخططون لتجاربهم الخاصة للتحقق من استقرار وموثوقية سلوك LK-99 الفائق التوصيل.. يعد هذا التحقق أمرًا بالغ الأهمية لضمان اتساق النتائج وإمكانية تكرارها في مختلف الأجهزة التجريبية والمختبرات..
ال 1 من أغسطس, سينيد غريفين, باحث في مختبر لورانس بيركلي الوطني (لبنان) في الولايات المتحدة, utilizó el poder computacional del Departamento de Energía de Estados Unidos para simular y afirmar haber encontrado la base teórica de la superconductividad del fosforsilicato de plomo dopado con cobre. Esta noticia ha generado gran atención y discusión en la comunidad tecnológica.
El mismo día, un grupo experimental de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong en China informó la síntesis exitosa de cristales LK-99 capaces de levitación magnética. Publicaron un video que muestra la levitación de la muestra.
لكن, lograr la levitación magnética solo demuestra que LK-99 exhibe diamagnetismo, مما يعني أن هناك تنافر بينها وبين المغناطيس, لكنه لا يثبت أن له خصائص الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة. إن ما يسمى بالديناميكية المغناطيسية الكاملة ليس سوى شرط ضروري للموصل الفائق, لا يكفي.
صرح الشخص المسؤول عن الفيديو أنه في الوقت الحالي لم يتحقق إلا من صحة ذلك تأثير مايسنر (ظاهرة استبعاد المجال المغناطيسي أثناء انتقال الموصل الفائق من الحالة الطبيعية إلى حالة التوصيل الفائق). ونظرًا للحجم الصغير جدًا للبلورة المركبة, ولم يتمكنوا من قياس مقاومتهم. يقوم المختبر بالفعل بإعداد سلسلة جديدة من العينات على أمل قياس المزيد من خصائص المقاومة لـ LK-99.
حتى يتم تقديم أدلة قابلة للتكرار, إن الإمكانات والآثار الحقيقية لـ LK-99 في مختلف الصناعات لم يتم فهمها بالكامل بعد.
الآثار المترتبة على الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة
إذا تم تحقيق تكنولوجيا الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة, سوف تكون الإلكترونات قادرة على التدفق بسرعة في بيئة درجة حرارة الغرفة, لا مقاومة, لا استهلاك الطاقة, مما سيؤدي إلى تغيير جذري في النظام الكهربائي الحالي. إن تحقيق الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة سوف يغير نظام الطاقة الحالي بشكل عميق, نظام معالجة ونقل المعلومات, وفي مجالات مثل الكشف الطبي, النقل عالي السرعة وحتى الاندماج النووي الخاضع للتحكم, سوف يحقق تقدما كبيرا.
نقل الطاقة
في الوقت الحاضر, هناك كمية كبيرة من فقدان الطاقة في نقل الكهرباء, والذي يقدر بوجوده حولها 5 آل 10 في المائة من إجمالي استهلاك الطاقة في العالم. إذا تم استخدام دوائر فائقة التوصيل في درجة حرارة الغرفة, ولن تكون هناك خسائر في نقل الكهرباء, مما قد يؤدي إلى توفير كبير في الطاقة وتقليل انبعاثات الكربون.
بجانب, يمكن لخطوط نقل الطاقة فائقة التوصيل أن تحمل كثافات تيار أعلى من الكابلات التقليدية, مما يسمح بتدفق طاقة أكبر دون التعرض لخطر ارتفاع درجة الحرارة. تعمل هذه السعة المتزايدة على تحسين استقرار وموثوقية الشبكة الكهربائية, تقليل وتيرة انقطاع التيار الكهربائي وتقلبات الجهد. تحسين الاستقرار أمر بالغ الأهمية للبنية التحتية الحيوية مثل المستشفيات, centros de datos e industrias que dependen de un suministro continuo de energía.
بجانب, la tecnología de superconductividad a temperatura ambiente puede almacenar y transmitir eficientemente energía renovable, lo que ofrece una solución para la energía renovable conectada a la red. El exceso de energía generada durante los períodos de mayor demanda podría almacenarse en bobinas superconductoras, que pueden contener grandes cantidades de energía con pérdidas mínimas. Cuando la demanda supera el suministro, la energía almacenada puede ser liberada de nuevo a la red sin pérdidas significativas, asegurando un suministro de energía más equilibrado y estable proveniente de fuentes renovables.
النقل والتنقل
وسيستفيد قطاع النقل بشكل كبير من الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة. قطارات الإرتفاع المغناطيسي (ماجليف), والتي تعتمد حاليًا على أنظمة تبريد باهظة الثمن ومستهلكة للطاقة للحفاظ على الموصلية الفائقة, يمكن أن يصبح الوصول إليه أكثر سهولة وعمليًا باستخدام مواد فائقة التوصيل في درجة حرارة الغرفة. سيؤدي هذا التقدم إلى سرعات قطار أسرع, انخفاض استهلاك الطاقة, خفض تكاليف التشغيل ورحلات أكثر هدوءًا, جعل أنظمة السكك الحديدية عالية السرعة أكثر قابلية للتطبيق وجاذبية للنقل الجماعي.
بجانب, المركبات الكهربائية (إيف) يمكن لتكنولوجيا التوصيل الفائق في درجة حرارة الغرفة أن تحدث ثورة في وسائل النقل الشخصية. مع أنظمة طاقة أكثر كفاءة, يمكن للمركبات الكهربائية تحقيق نطاق قيادة أكبر وأوقات شحن أسرع كابلات شحن EV, معالجة عائقين رئيسيين أمام زيادة اعتماد السيارات الكهربائية. ومن شأن هذا التقدم أن يسرع التحول نحو نظام نقل أنظف وأكثر استدامة, والحد من انبعاثات الغازات الدفيئة ومكافحة تلوث الهواء.
أجهزة الكمبيوتر والاتصالات
وستشهد صناعات الحوسبة والاتصالات أيضًا تغيرات كبيرة مع ظهور الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة.. في اللحظة, تُستخدم المواد فائقة التوصيل في إنشاء البتات الكمومية فائقة التوصيل لأجهزة الكمبيوتر الكمومية. لكن, متطلبات درجة الحرارة المنخفضة للغاية تجعل تشغيل وصيانة أجهزة الكمبيوتر الكمومية باهظة الثمن. يمكن للموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة أن تلغي الحاجة إلى أنظمة تبريد معقدة, جعل أجهزة الكمبيوتر الكمومية أكثر عملية وقابلة للتطبيق تجاريًا. ومن شأن هذا الاختراق أن يفتح الإمكانات الكاملة للحوسبة الكمومية, تمكين التقدم المبتكر في التشفير, اكتشاف المخدرات, التحسين والذكاء الاصطناعي.
في مجال الاتصالات, يمكن أن تؤدي الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة إلى تطوير أنظمة اتصالات عالية السرعة أكثر كفاءة وموثوقة. ال comunicación de fibra óptica, que actualmente depende de numerosos amplificadores ópticos para mantener la intensidad de la señal a largas distancias, se beneficiaría de las tecnologías superconductoras a temperatura ambiente. Estos sistemas podrían transmitir datos con pérdidas significativamente reducidas, lo que resultaría en mayores tasas de transferencia de datos y una mejor calidad de comunicación.
الدواء
El campo médico podría experimentar una revolución con la superconductividad a temperatura ambiente, especialmente en aplicaciones de imágenes médicas y terapéuticas. Las máquinas de Resonancia Magnética (MRI), que utilizan imanes superconductores para crear imágenes detalladas de las estructuras internas del cuerpo, podrían volverse más accesibles y asequibles con materiales superconductores a temperatura ambiente. Este avance mejoraría la calidad y accesibilidad de la atención médica, beneficiando a pacientes y profesionales médicos en todo el mundo.
البحث العلمي
في اللحظة, hay muchas incertidumbres y controversias sobre la teoría del mecanismo de superconductividad. Si se pueden encontrar o fabricar materiales superconductores a temperatura ambiente, y se pueden realizar experimentos y análisis detallados sobre ellos, entonces ayudarán a revelar la naturaleza física y las leyes detrás de la superconductividad, y podrían conducir a nuevas teorías y paradigmas físicos. بجانب, la superconductividad a temperatura ambiente también podría proporcionar instalaciones y herramientas experimentales más poderosas para campos como la física de alta energía, la astronomía y las ciencias de la Tierra.
علي سبيل المثال, los aceleradores de partículas, que requieren una cantidad significativa de energía y equipos para acelerar y detectar partículas, podrían volverse más eficientes y rentables con la adopción de la tecnología superconductora a temperatura ambiente. Este avance podría acelerar los descubrimientos en la física de partículas y ayudar a desentrañar los misterios del universo.
مستقبل الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة
إذا تم تحقيق تكنولوجيا الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة, puede convertirse en un punto de interés a corto plazo, ولكن قد يستغرق الأمر عقدًا أو عقدين من الزمن حتى تظهر مواد جديدة وتحقق تطبيقات صناعية حقيقية.
وفقا لأندرو كوت (@ أندركوت), إن دمج هذه المادة في الإلكترونيات الدقيقة يعني إعادة التفكير في عملية تصنيع رقائق السيليكون CMOS. 300 مم, وهي عملية قد تستغرق عقدًا من الزمن أو أكثر ليتم تنفيذها بشكل صحيح.
يختلف صعود الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة تمامًا عن انفجار الذكاء الاصطناعي في النصف الأول من العام. نموذج لغة الذكاء الاصطناعي هو التكنولوجيا قبل مواجهة المشهد. ويبدو أن تكنولوجيا الموصلية الفائقة هي عكس ذلك, نظرًا لوجود عدد كبير بالفعل من سيناريوهات التطبيق المحتملة في انتظار الانضمام إليها, لكن تكنولوجيا الموصلية الفائقة لا تزال غير ناضجة للغاية.
بغض النظر عن النتيجة, يوضح هذا البحث سعي البشرية وجهودها نحو الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة., ويبين لنا إمكانيات وإمكانات الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة. ونحن نتطلع إلى اليوم الذي يمكن فيه تحويل الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة من المثالية إلى الواقع, جلب المزيد من المفاجآت والمعجزات لعلمنا, التكنولوجيا والحياة.