حجم الشوائب يؤثر على عمل المواد فائقة التوصيل

اجتهد باحثو جامعة ولاية كارولينا الشمالية في محاولة لإيجاد العلاقة بين الشوائب والمواد فائقة التوصيل مع التركيز على كيفية تأثير حجم هذه الشوائب على المادة فائقة التوصيل أو حتى الاستفادة منها.

والمواد فائقة التوصيل هي المواد القادرة على الحفاظ على الكهرباء دون فقدان أي من الطاقة من خلال التسريبات. وتستخدم هذه المواد بشكل شائع في الصناعة الطبية من خلال تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي ومن المقرر أن تلعب دوراً كبيراً في تجسيد تقنيات الطاقة.

أكسيد الكالسيوم الكالسيوم النحاسي البزموث السترونتيوم الكالسيوم (Bi2212) هو مادة فائقة التوصيل وتعتبر الوحيدة من نوعها التي يمكن لفها في درجات حرارة عالية للغاية. ولذلك من المتوقع أن يتم استخدامها في جميع الأشياء التي تندرج في فئة الفيزياء عالية الطاقة. ويشمل ذلك المحولات وخطوط نقل الطاقة الكهربائية والمحركات وغيرها.

وسيكون مفيدًا أيضًا في المجالات التي تتطلب مجالات مغناطيسية ضخمة. ويشمل ذلك التطبيقات المغناطيسية التي تقع في هذه الشريحة مع أمثلة مثل تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي والمغناطيسات الكهربائية.

ولكي يتم استخدام Bi2212 في أي من هذه التطبيقات، يتم تسخين المادة إلى حوالي 900 درجة مئوية بعد تصنيعها في سلك متعدد الخيوط يحتوي على 500 إلى 1000 خيط من Bi2212 مغلف بالفضة. ومع ذلك، فإن هذه العملية تخلق شوائب تتكون إلى حد كبير من جزيئات مسامية و Bi2201 في المادة.

يقول الدكتور جاستن شوارتز، المؤلف وأستاذ كوبي ستيل وأستاذ علوم وهندسة المواد في جامعة نورث كارولاينا الشمالية إنه على الرغم من أن الجسيمات المسامية تمثل مشكلة، إلا أن الشوائب هي الأكثر أهمية.

هذه الشوائب هي ما يمكن أن يغير أداء Bi2212 إيجابًا أو سلبًا. على سبيل المثال، أظهرت الأبحاث أن الشوائب واسعة النطاق وجدت أنها تعيق الموصلية الفائقة التي تعمل كعوائق أمام التيار، ويعمل الباحثون بجد للتوصل إلى طريقة أفضل للمعالجة لتحسين الموصلية الفائقة.

وإحدى الطرق التي وجدوها لتحسين أداء Bi2212 كموصل فائق هي الشوائب النانوية التي يتراوح عرضها بين 1.2 و2.5. تعمل هذه الشوائب أو الشوائب النانوية كنقطة محورية لتثبيت التدفق المغناطيسي في موضعه. وتعمل نقطة الارتكاز هذه على تثبيت الدوامات المغناطيسية لتجنب تحولها مسببة المقاومة وعرقلة التوصيل الفائق في وجود مجال مغناطيسي.

وبما أن الناس يرغبون في استخدام Bi2212 لإنتاج مجالات مغناطيسية عالية باستخدام التيار الكهربائي، فإن تثبيت التدفق المغناطيسي ليس خياراً بل ضرورة لتمكين هذه المادة من العمل في وجود مجال مغناطيسي.