في الهدوء الذي يسبق الفجر، عندما يبدو أن العالم لا هو مستيقظ ولا نائم، يبقى هناك تفاعل دقيق بين الضوء والظل — إيقاع خفي يشكل اليوم قبل أن يبدأ بالكامل. بنفس الطريقة، شعر الفيزيائيون منذ فترة طويلة بوجود أنماط هادئة وغير مرئية في المادة تسبق بعض التحولات الأكثر إثارة في الطبيعة. من بين هذه الظواهر هي الموصلية الفائقة، الظاهرة التي تسمح للكهرباء بالتدفق دون مقاومة، تقريبًا مثل الرياح الصامتة عبر الغابة. والآن، بدأ الباحثون في تمييز ترتيب مغناطيسي خفي قد يكون الهمس الذي يوجه المادة إلى هذه الحالة الرائعة.
على مدى عقود، وعدت الموصلية الفائقة بتقنيات تحويلية، من شبكات الطاقة الخالية من الفقد إلى الحواسيب الكمومية. ومع ذلك، فإن فهم كيفية ظهورها — خاصة في المواد التي توصل الكهرباء عند درجات حرارة مرتفعة نسبيًا — كان واحدًا من أكثر المساعي غموضًا في الفيزياء. في العديد من الموصلات الفائقة غير التقليدية، لا تتحول المادة مباشرة من الحالة العادية إلى الموصلية الفائقة. بدلاً من ذلك، تدخل أولاً في مرحلة غامضة تعرف بالفجوة الزائفة، وهي عالم حيث تتصرف الإلكترونات بطرق محيرة وحيث تبدو القواعد المألوفة غير واضحة.
تقليديًا، كان العلماء يعتقدون أن المغناطيسية — التوجه المنظم للدوران الإلكتروني الصغير — تتبدد عندما يتم تعديل المواد أو تبريدها إلى حالة الموصلية الفائقة. لكن التجارب الأخيرة مع الذرات شديدة البرودة التي تحاكي المواد الصلبة وجدت شيئًا أكثر دقة: ترتيب مغناطيسي خفي يبقى تحت الفوضى الظاهرة للفجوة الزائفة. مثل آثار أقدام خافتة في الضباب، تستمر هذه الأنماط المغناطيسية حتى عندما تبدو التوقيعات المغناطيسية الأقوى غائبة. ومن المثير للاهتمام، أن هذه الأنماط تتماشى مع درجة الحرارة التي تظهر عندها الفجوة الزائفة — تلميح مثير للاهتمام بأن المغناطيسية قد تكون أكثر أساسية للموصلية الفائقة مما كان يُعتقد سابقًا.
باستخدام محاكي كمومي شديد البرودة — شبكة من الذرات المبردة إلى مليارات من الدرجة فوق الصفر المطلق — لاحظ الباحثون أنه حتى عندما بدا أن النظام التقليدي قد تعرض للاضطراب، استمرت الارتباطات بين الدورانات الشبيهة بالإلكترونات، متبعة نمطًا عالميًا متسقًا مع برودة النظام. تمتد هذه الارتباطات إلى ما هو أبعد من أزواج بسيطة من الجسيمات، مشكّلة هياكل متعددة الجسيمات أكبر تؤثر على سلوك المادة. قد يكون هذا الترتيب الخفي أحد القطع المفقودة في لغز كيفية انتقال الإلكترونات إلى رقصة الموصلية الفائقة المتناغمة تمامًا.
لكن المغناطيسية الخفية ليست فكرة جديدة تمامًا. أظهرت الأبحاث السابقة أنه في بعض المواد، يمكن أن تتواجد الحالات المغناطيسية مع الحالات الموصلية الفائقة تحت ظروف معينة — علاقة كانت تُعتبر مستحيلة بسبب ميل المغناطيسية إلى تعطيل الأزواج الإلكترونية الدقيقة التي تسهل الموصلية الفائقة. في المركبات المعقدة، يمكن أن تكمن المغناطيسية تحت السطح، لتصبح مرئية فقط تحت التركيبة الصحيحة من درجة الحرارة أو الضغط أو المجال المغناطيسي.
تعمل هذه الرؤى على توسيع حدود قصتنا العلمية. بدلاً من رؤية المغناطيسية والموصلية الفائقة كخصوم صارمين، يرى العديد من الفيزيائيين الآن أنها مجالات متداخلة في نسيج كمومي أغنى. قد لا تتنافس الترتيبات المغناطيسية ببساطة مع الموصلية الفائقة، بل قد تساعد في توجيهها إلى الوجود، تمامًا مثل تيار غير مرئي يشكل تدفق الماء.
بينما لا يزال هناك الكثير لاستكشافه — من كيفية تصرف هذه الأنماط الخفية في المواد الحقيقية إلى ما إذا كان يمكن هندستها لموصلات فائقة عملية عند درجات حرارة مرتفعة — يمثل اكتشاف الترتيب المغناطيسي الدقيق في منطقة الفجوة الزائفة خطوة مهمة إلى الأمام. قد لا يجيب على كل سؤال، لكنه يضيء زاوية أخرى من المشهد المعقد حيث تنشأ عالم الموصلية الفائقة غير العادي.
في تقارير علمية مباشرة، اكتشف الباحثون ارتباطات مغناطيسية مستمرة داخل مرحلة الفجوة الزائفة لبعض المواد الكمومية. ترتبط هذه الأنماط المغناطيسية الخفية ارتباطًا وثيقًا بدرجة الحرارة التي تتشكل عندها الفجوة الزائفة، مما يقدم أدلة جديدة على الآليات الكامنة وراء الموصلية الفائقة. وقد التقطت التجارب التي تستخدم الذرات شديدة البرودة كنظم تماثلية هذه الارتباطات بدقة عالية، وتهدف الأعمال المستقبلية إلى توسيع هذه الرؤى لتشمل المواد التي يمكن أن تدعم الموصلية الفائقة عند درجات حرارة أعلى.
تنبيه صورة الذكاء الاصطناعي الصور في هذه المقالة هي رسومات تم إنشاؤها بواسطة الذكاء الاصطناعي، تهدف فقط إلى المفهوم.
المصادر ScienceDaily SciTechDaily ScienceDaily (أبحاث علوم المواد) نظرة عامة على أبحاث NIST ScienceDaily (اكتشاف سابق عن المغناطيسية الخفية)