في عام 1986، قلبت اكتشاف الموصلية الفائقة في مواد سيراميكية قائمة على النحاس — الكوبريتات — تصورات الفيزيائيين رأسًا على عقب. فقد ارتفعت درجة حرارة الانتقال إلى الحالة فائقة التوصيل فجأة إلى عدة أضعاف ما فوق الحد السابق، وتوقفت نظرية BCS المألوفة، التي كانت تفسّر الظاهرة باهتزازات الشبيكة، عن الصلاحية.
تمكن فريق دولي بقيادة البروفيسور نايجل هاسي من جامعة رادبود وHFML-FELIX، بالتعاون مع زملاء من الصين وبريطانيا والولايات المتحدة، أخيرًا من العثور على الآلية الأساسية. فقد أظهر الباحثون أن الإلكترونات في الكوبريتات المطعّمة إلكترونيًا، مثل أكسيد اللانثانوم والسيريوم والنحاس، تشكّل أزواجًا بفضل تفاعلها مع التقلبات المغزلية — وهي اهتزازات سريعة للعزوم المغناطيسية الدقيقة للذرات.
ولإثبات ذلك، أنشأ العلماء غشاءً رقيقًا خاصًا ذا تدرّج سلس في درجة الحرارة الحرجة على طوله. وأتاحت التلامسات الليثوغرافية قياس المقاومة عند قيم مختلفة لدرجة حرارة الانتقال مع الحفاظ على المستوى نفسه من الاضطراب. وكشف تحليل البيانات في المجالات المغناطيسية القوية أن المصدر الرئيسي للمقاومة هو تشتت الإلكترونات على المغازل المتقلبة، وأن قوة هذا التفاعل ترتبط ارتباطًا مباشرًا بدرجة حرارة الموصلية الفائقة.
التشبيه بسيط: تخيّلوا تدفق الإلكترونات كحشد من الناس في مترو الأنفاق. فالتقلبات المغزلية هي «دفعات» مفاجئة من الجيران، تعيق الحركة في المعدن العادي، لكنها في الكوبريتات تساعد الإلكترونات على «التشابك» في أزواج والتحرك دون خسائر. وهذه الصلة تحديدًا، لا اهتزازات الأيونات، هي التي تبيّن أنها حاسمة.
غير أن العمل كشف أيضًا عن «مكوّن» ثانٍ لا يزال مجهولًا. فحتى بتقوية التفاعل مع المغازل، يستحيل بلوغ درجات الحرارة القياسية المرصودة في عائلات أخرى من الكوبريتات. ويصبح البحث عن العامل الناقص الآن المهمة الرئيسية للنظريين.
نُشرت النتائج في Nature Physics، وهي تقرّب اللحظة التي ستتمكن فيها الموصلات الفائقة عالية الحرارة من العمل عند درجات حرارة متاحة دون تبريد مكلف. وسيفتح ذلك الطريق أمام خطوط نقل كهرباء فائقة الكفاءة، ومغناطيسات قوية للطب، وتقنيات كمية للمستقبل.
