الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية
أدى اكتشاف الموصلية الفائقة في سيراميك أكسيد النحاس فوق درجة غليان النيتروجين السائل إلى قلب التوقعات وكشف عن آلية اقتران غير تقليدية لا تفسرها نظرية BCS.
Definition
الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية هي مواد، وبشكل رئيسي سيراميك أكسيد النحاس (الكوبرات)، التي توصل توصيلاً فائقًا عند درجات حرارة أعلى بكثير من الحد التقليدي؛ وتنشأ من تشويب عوازل Mott المضادة للمغناطيسية، وتظهر اقترانًا من نوع d-wave، ويُعتقد أنها مدفوعة بآلية إلكترونية، وليست آلية فونون بسيطة، والتي لا تزال غير مفسرة.
Scope
يغطي هذا الموضوع الموصلات الفائقة من نوع الكوبرات والموصلات الفائقة ذات الصلة بدرجة الحرارة العالية: تركيبها الطبقي من أكسيد النحاس، والمركبات الأم العازلة من نوع Mott المضادة للمغناطيسية، ومخطط الطور مع التشويب بما في ذلك الفجوة الزائفة والقبة فائقة التوصيل، وتناظر الاقتران من نوع d-wave، والمشكلة المركزية غير المحلولة لآلية الاقتران. كما يتطرق إلى الموصلات الفائقة القائمة على الحديد وهيدريدات الضغط العالي. ويقارن هذه الموصلات الفائقة غير التقليدية بصورة BCS التقليدية للمواضيع الشقيقة.
Core questions
- ما هي السمات الهيكلية والإلكترونية التي تميز موصلات الكوبرات الفائقة عن المعادن التقليدية؟
- كيف تنشأ حالة الموصلية الفائقة من تشويب عازل Mott مضاد للمغناطيسية؟
- ما هي الفجوة الزائفة، وكيف ينظم مخطط الطور الكوبرات؟
- لماذا تفشل نظرية BCS التقليدية في تفسير الموصلية الفائقة ذات درجة الحرارة العالية؟
Key concepts
- طبقات أكسيد النحاس الكوبراتية
- الأصل العازل من نوع Mott المضاد للمغناطيسية المشوب
- مخطط الطور، الفجوة الزائفة، والقبة فائقة التوصيل
- تناظر الاقتران من نوع d-wave
- الموصلات الفائقة القائمة على الحديد والهيدريدات
Clinical relevance
يمكن للموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية أن تعمل بتبريد النيتروجين السائل غير المكلف، مما يتيح كابلات الطاقة، ومحددات تيار الأعطال، والمغناطيسات عالية المجال؛ كما أن فهم آليتها يمثل إحدى أعمق المشكلات المفتوحة في الفيزياء، وهو أمر محوري لنظرية الإلكترونات المترابطة بقوة.
History
اكتشف بيدنورز ومولر الموصلية الفائقة بالقرب من 35 كلفن في كوبرات اللانثانوم عام 1986، وفازا بجائزة نوبل في العام التالي؛ أدى اكتشاف YBa2Cu3O7 عام 1987 بدرجة حرارة انتقال تبلغ 93 كلفن، أي أعلى من درجة حرارة النيتروجين السائل، إلى انفجار في الأبحاث لا يزال مستمرًا.
Debates
- آلية الاقتران في الكوبرات
- بعد عقود من اكتشافها، لا يوجد إجماع حول ما يربط الإلكترونات في الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية؛ تتنافس سيناريوهات تقلبات الدوران، وروابط التكافؤ الرنانة، وغيرها من السيناريوهات الإلكترونية المترابطة بقوة، ويظل دور الفجوة الزائفة محل خلاف.
Key figures
- Johannes Georg Bednorz
- Karl Alexander Müller
- Philip Warren Anderson
Related topics
Seminal works
- bednorz1986
- wu1987
Frequently asked questions
- لماذا تعتبر الموصلية الفائقة ذات درجة الحرارة العالية غير تقليدية؟
- توصل الكوبرات توصيلاً فائقًا عند درجات حرارة أعلى بكثير مما كان يُعتقد أن اقتران الفونون BCS يسمح به، وتنشأ من مواد أم مغناطيسية عازلة بدلاً من معادن جيدة، ولها اقتران من نوع d-wave بدلاً من s-wave، لذا يبدو أن آليتها إلكترونية وليست آلية اهتزاز الشبكة التقليدية.
- هل تم حل آلية الموصلية الفائقة ذات درجة الحرارة العالية؟
- لا. على الرغم من الجهود الهائلة، لا تزال آلية الاقتران في الكوبرات غير محلولة؛ وتعتبر على نطاق واسع واحدة من أهم المشكلات المفتوحة في فيزياء المادة المكثفة.