هل يمكن للموصلية الفائقة أن تتفوق على الكهرباء؟

عالم التكنولوجيا ترجمة

غيرت الكهرباء العالم من خلال جعل العديد من الابتكارات، مثل الأجهزة الجديدة والاتصالات، الأسرع، لكن يمكن أن تفعل الموصلية الفائقة ذلك إذا تمكن الفيزيائيون فقط من معرفة كيفية جعلها عملية.

تحدث الموصلية الفائقة عندما تتوقف مادة ما عن مقاومة التيار الكهربائي. بعبارة أخرى: إنها كهرباء خالية من الاحتكاك، والمواد التي تسهل هذا التدفق السهل والخالي من المقاومة تسمى “الموصلات الفائقة”.

يتم إهدار 5٪ من الكهرباء المولدة بالولايات المتحدة في النقل والتوزيع؛ ما يكلف المستهلكين مليارات الدولارات كل عام. وتتولد الكهرباء عندما تتدفق الإلكترونات من ذرة إلى أخرى. وفي الوقت الحالي يتم تشغيل الحياة اليومية بالكهرباء التي يجب أن تتغلب على الكثير من المقاومة، وتتسبب هذه المقاومة في فقدان الموصلات النموذجية -مثل الأسلاك النحاسية- للطاقة في كل مرة يتحرك فيها الإلكترون، ويأتي عدم الكفاءة هذا في شكل حرارة مطلقة.

يمكنك إلقاء اللوم على هذه المقاومة في كل مرة ترتفع فيها درجة حرارة الحاسوب المحمول، وعندما تنفد هذه البطاريات من الطاقة، وعندما تحترق المصابيح الكهربائية. وهذا أيضًا سبب إهدار 5٪ من الكهرباء المولدة بالولايات المتحدة في النقل والتوزيع.

ولكن إذا استخدمنا الموصلات الفائقة (المواد التي لا تفقد الطاقة عندما تتحرك الإلكترونات حولها) فإن جميع أجهزتنا الكهربائية ستحصل على ترقية جادة في الكفاءة. خلال السطور التالية سنتعرف على شروط تحقيق الموصلية الفائقة:

– الجليد

لدينا في الواقع بعض الموصلات الفائقة اليوم، ويُستخدم معظمها في تشغيل أجهزة مسح الجسم في المستشفيات، مثل التصوير بالرنين المغناطيسي.

لكن الموصلية الفائقة اليوم تعتمد على تبريد المادة إلى درجات حرارة منخفضة للغاية، وفي معظم الأحيان إلى درجة التجمد ولأسباب واضحة هذا ليس عمليًا للهواتف المحمولة أو أجهزة الكمبيوتر الشخصية.

إذا أردنا إطلاق العنان للإمكانات التجارية الواسعة النطاق للموصلية الفائقة فسنحتاج إلى رفع منظم الحرارة؛ إذ على مدى عقود كان العلماء يبحثون عن الموصلية الفائقة التي يمكن أن تحدث في درجة حرارة الغرفة.

– درجات الحرارة المرتفعة

في أكتوبر 2020 أعلن العلماء في جامعة روتشستر عن أنهم حققوا الموصلية الفائقة عند 58 درجة فهرنهايت فقط، في مادة تتكون من الهيدروجين والكبريت والكربون. وفي السابق كانت أعلى درجة حرارة مسجلة للموصلية الفائقة مجرد 8 درجات فهرنهايت في عام 2018.

لذلك؛ في غضون عامين فقط انتقل العلم من العمل في ظل درجة حرارة منخفضة الحرارة إلى يوم خريف لطيف.

– الضغط العالي

يُعد تحقيق الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة إنجازًا هائلًا ولكن هناك مشكلة، وهي تقريبًا بحجم مشكلة درجة الحرارة.

لتحقيق التوصيل الفائق في درجات الحرارة المرتفع يجب توافر الضغط، بل الكثير من الضغط. لذا؛ عمل العلماء في جامعة روتشستر على ضغط المادة إلى 267 جيجا باسكال، أو أكثر من مليوني ضعف الضغط الجوي للأرض.

سيؤدي مطلب الضغط العالي هذا إلى الحفاظ على الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة بالمختبر خلال الوقت الحالي.

أخيرًا يسعى العلماء للعثور على موصل فائق يمكنه العمل في درجة حرارة الغرفة والضغط المحيط. ويستخدم العلماء حسابات الكمبيوتر لتوجيه بحثهم، كما تساعد هذه الحسابات في تحديد بنية وخصائص المادة التي يبحثون عنها.

سيؤدي العثور على مثل هذا الموصل الفائق إلى فتح العديد من الخيارات التجارية التي تبدو وكأنها مجرد حلم بالنسبة لنا في الوقت الحالي: يمكن أن تصبح أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي أكثر قوة ويمكن أن تساعد الأطباء في تشخيص الأمراض في وقت مبكر، ويمكن تسويق أجهزة الكمبيوتر الكمومية، وستصبح جميع أجهزتنا الكهربائية تقريبًا أسرع ولها عمر أطول.