في عالم تتصادم فيه الإلكترونات عادةً وتفقد طاقتها، تتيح الموصلات الفائقة للإلكترونات أن تتحرك دون مقاومة. لكن في ثنائي تيلوريد اليورانيوم اكتشف العلماء شيئًا غير متوقع: موجات منتظمة من أزواج الإلكترونات تبقى قائمة حتى بعد أن تفقد المادة حالتها الفائقة التوصيل.
تنشأ الموصلية الفائقة عند درجات حرارة منخفضة جدًا، حين تشكّل الإلكترونات أزواج كوبر وتمر عبر الشبيكة البلورية دون خسائر. وفي المواد العادية تظهر هذه الأزواج حصرًا عند تحول طوري. غير أن في ثنائي تيلوريد اليورانيوم، الذي يصبح موصلًا فائقًا عند درجة حرارة أقل من 2.1 كلفن، تشكّل أزواج كوبر أنماطًا مكانية متكررة — موجات كثافة الأزواج.
قد تنبّأ العلماء بهذه الموجات منذ عام 2007، لكن لم تكن هناك أدلة مباشرة على وجودها خارج الطور الفائق التوصيل. واستخدم باحثون من جامعة إلينوي في أوربانا-شامبين مجهرًا ماسحًا للنفق مع حقل مغناطيسي متجهي وعينات عالية الجودة من المادة. وقد سجّلوا أنماطًا إلكترونية مميزة تستجيب لدرجة الحرارة والحقل المغناطيسي على النحو الذي تنبّأت به نظرية موجات كثافة الأزواج تحديدًا.
والأكثر إثارة للدهشة أن هذه الأنماط تبقى قائمة عند درجات حرارة أعلى بوضوح من النقطة الحرجة للموصلية الفائقة. وقد شبّه الفيزيائي إدواردو فرادكن هذه الأنماط بابتسامة قط تشيشير — الآثار التي تبقى بعد زوال الطور نفسه. وهذا لا يعني أن المادة تظل موصلًا فائقًا عند درجات حرارة أعلى، لكنه يُظهر أن أزواج كوبر يمكن أن توجد في شكل منظّم بصورة مستقلة عن الحالة الأساسية.
وثنائي تيلوريد اليورانيوم مثير للاهتمام أيضًا لأنه يُعدّ موصلًا فائقًا نادرًا من نوع الثلاثي اللف المغزلي: إذ تمتلك أزواج الإلكترونات فيه توجّهًا مغناطيسيًا خاصًا بها. وتساعد مشاهدة موجات كثافة الأزواج على فهم كيفية تشكّل هذه الأزواج غير العادية تحديدًا، ولماذا تتصرف على نحو مختلف عن نظيراتها في الموصلات الفائقة التقليدية.
ويقرّب هذا الاكتشاف الفيزيائيين من فكّ ألغاز آليات الموصلية الفائقة غير التقليدية، وقد يشير إلى مسارات لصنع مواد تعمل عند درجات حرارة أعلى. وفهم هذه الحالات الوسيطة مهم للتقنيات المستقبلية — من الشبكات الموفرة للطاقة إلى الحواسيب الكمومية.
تُظهر موجات كثافة الأزواج أن الموصلية الفائقة ليست مجرد تشغيل أو إيقاف، بل عملية معقدة ذات مراحل وسيطة يمكن الآن دراستها مباشرة.
