.
النشرة

اكتشاف معدن موصّل للكهرباء دون فقد الحرارة

كتب: أحمد حسين

اكتشفت مجموعة من الباحثين معدن موصّل للكهرباء دون فقد أو إطلاق أي حرارة، وتعتبر هذه الخاصية خاصية مفيدة وتتحدى فهمنا الحالي لكيفية عمل الموصلات. يتناقض المعدن المُكتشف مع ما يسمى بقانون «فيدمان-فرانز»، الذي ينص على أن موصلات للكهرباء الجيدة ستكون بالضرورة موصلات جيدة نسبيًا للحرارة، وهذا سبب إطلاق أشياء مثل المحركات والأجهزة للحرارة عند استخدامها بانتظام.

أظهر فريق الباحثين في الولايات المتحدة أن هذا ليس الحال بالنسبة لثاني أكسيد الفاناديوم (VO2)، المادة المعروفة بقدرتها الغريبة على التحول من عازل إلى معدن موصّل عند درجة حرارة 67 درجة مئوية. قال قائد البحث «جونكياو وو» أن هذه النتيجة كانت غير متوقعة تمامًا، وأضاف أن الاكتشاف يعد مهمًا لفهم السلوكيات الأساسية الإلكترونية للموصلات الكهربائية.

يعرف الباحثون بالفعل عدد قليل من المواد الأخرى التي يمكنها أن توصّل الكهرباء بدرجة أفضل من الحرارة، ولكنها تكتسب تلك الخصائص فقط عند درجات حرارة مئات من درجة تحت الصفر، مما يجعلها غير عملية للتطبيق. يعتبر «ثاني أكسيد الفاناديوم» موصل جيد في درجات الحرارة الدافئة التي تفوق درجة حرارة الغرفة العادية، مما يعني أن لديه القدرة على أن يصبح عمليًا أكثر من المواد الأخرى.

السبب في ذلك هو التزامن بين حركة الإلكترونات، قال «وو» أن الإلكترونات تتحرك في انسجام مع بعضها البعض، كتحركاتها في السوائل. تعتبر الحرارة بالنسبة للإلكترونات حركة عشوائية. معظم المعادن تنقل الحرارة بكفاءة بسبب حركة الإلكترونات العشوائية فيها. في المقابل، تنتقل الحرارة بصعوبة داخل ثاني أكسيد الفاناديوم بسبب تزامن الحركة بين الإلكترونات فيه، حيث لا توجد إلا مساحة قليلة للحرارة كي تتحرّك.

ومن المثير للاهتمام، أن الباحثون وجدوا عند خلط ثاني أكسيد الفاناديوم مع غيره من المواد إمكانية تعديل كمية الكهرباء والحرارة التي يمكنه نقلها، وهذه الخاصية قد تكون مفيدة للغاية بالنسبة للتطبيقات المستقبلية، كأن يستخدم كطلاء يقلل من درجة الحرارة دون الحاجة لتكييف الهواء.

يحتاج العلماء حاليًا لإجراء المزيد من البحوث على هذه المادة المحيرة قبل أن يتم تسويقها.


المصادر: sciencealert sciencemag

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى