النواقل الفائقة المغنطيسيّة الحديديّة

[abu-gamal]

3- تشارك في مركبات اليورانيوم :

يكشف مخطط الطور لـ أنه يمكن للناقلية الفائقة (أصفر) والمغطيسية الحديدية (الأخضر) أن تتواجد معاً في مجال ضغط محدود. لا تلاحظ ناقلية فائقة تحت 10 Kbar مما يشير إلى أن القرب من الضغط الحرج- الضغط الذي يتلاشى فيه الترتيب المغنطيسي ودرجة حرارة كوري- يكون حرجاً من أجل تزاوج كوير .
إن اكتشاف الناقلية الفائقة لمتعدّد البلّورات من قِبَل سكسينا وهكلسي ومعاونيهما لم يكن إلاّ جزءاً من الحقيقة. لقد وجدوا أيضاً أن طور النقل الفائق وطور المغنطيسية الحديدية يتواجدان حتى الدرجة 30 كلفن. ولمّا كانت حوامل الشحنة تعاني حقلاً مغنطيسياً فعّالاً كبيراً ناجماً عن اصطفاف السبينات، فإن التزاوج الثلاثي يشكّل فرضية حصيفة.
وفي الوقت نفسه، أثبتت دراسات البلّورة الأحادية التي تمّت في غرونوبل أن يلعب أيضاً دور مفعول مايسنر Meissner، الذي هو أحد السمات المميزة للناقل الفائق. وقد أثبتت تجارب الانعراج النتروني المجهري بعد ذلك ترافق وجود الناقلية الفائقة والمغنطيسية الحديدية معاً في . وهنالك اقتراح بأنّهُ من الممكن للناقلية الفائقة أن تكون خاصة جرمية للمغانط الحديدية اليورانيومية.
تمّ الحصول على البرهان الحقيقي للناقلية الفائقة الجرمية في السنة الماضية من قِبَل نيويوكي تاتايوا N. Tateiwa ومعاونيه في أوساكا. فقد لاحظوا شذوذاً في الحرارة النوعية عند الدرجة الحرجة، وهذا ما يُعتبر مؤشراً تقليدياً لفرجةٍ طاقيةٍ للنقل الفائق. يشير الشذوذ إلى أن أقل من 15% من العيّنة ينقل بصورة فائقة ويوحي بأن الآلية الأساسية تعود كلياً إلى تزاوج الإلكترونات التي سبيناتها تتجه إلى "أعلى".
اكتشفت مجموعة غرونوبل حديثاً أن المركب يورانيوم روديوم جرمانيوم (URhGe) هو ناقل مغنطيسي حديدي عند الضغط الجوي المحيط. إنه يمتلك خواصاً مشابهة لـ تحت الضغط العالي – إنه يفقد مقاومته تحت الدرجة 9.5 كلفن، كما يُبدي مفعول مايسنر وفيه شذوذ الحرارة النوعية عند الدرجة الحرجة للنقل الفائق.
وخلافاً لـ ، وعلى أيّ حال، لم يتم الحصول على بلّورات URhGe العالية النوعية حتى الآن. وحالما يتجاوز هذه الصعوبة، فإن مشاهدة الناقل الفائق المغنطيسي الحديدي عند الضغط الجوي المحيط ستفتح الباب أمام مجال التجارب المتنوعة نفسها التي جرى إجراؤها على النواقل الفائقة الفرميونية الثقيلة والروثينات والنواقل الفائقة العالية درجة الحرارة. وعلاوة على ذلك، يُتوقع ظهور تأثيرات جديدة عندما يتم تعديل البنية المناطقية المغنطيسية الحديدية بفعل الحقول المغنطيسية أو بتغيير شكل العيّنة. ونستطيع بتغيير البنية المجهرية أن نولّد رابطات ضعيفة بين مناطق المغنطيسية الحديدية التي ستقود إلى شبكات إلكترونية جديدة ومفيدة.

حالة واعدة :

لقد استعت المواد، التي تُظهر مغنطيسية متجولة بدون مغنطيسية موضعية، في الفترة الأخير قدراً كبيراً من الاهتمام نظراً لأنّ تشكّل البنية العصابيّة الإلكترونية سهل وبسيط. وقام في بداية هذا العام كريستيان بفلايديرر C. Pfleiderer ومعاونوه في كارلسروة بإجراء قياسات في درجات حرارة منخفضة على عيّنات من
المغنطيسي الحديدي الضعيف والذي تمّ تحضيرها منذ عشر سنوات من قِبَل ستيفن هايدن S. Hayden الذي كان آنذاك في كمبردج. بيّنت النتائج أن ينقل نقلاً فائقاً فقط عندما يكون مغنطيساً حديديّاً (أي تحت الضغط الحرج) وليس عندما يكون مغنطيساً مسايراً (أي فوق ).
، هو مغنطيس حديدي متناحٍ أضعف بكثير من و . وهذا يعني بأن الأمواج السبينيّة المترابطة تظهر تحت درجة الحرارة التي يستقر عندها الترتيب المغنطيسي، بينما توجد المركّبة اللامترابطة العرضانية فوق هذه الدرجة. وبالمقابل، فإن الأنماط الطولانية فقط هي التي ستكون مشمولة في . كانت المفاجأة الكبرى هي أن وجود الناقلية الفائقة على ما يبدو سيتم حتى 22 كيلوبار وتعتمد هذه الناقلية بشكل قليل على الضغط، أو على الأقل على الضغوط المنخفضة . ومرة ثانية لا يوجد هنالك أثر للناقلية الفائقة في طور المغنطيسية المسايرة.
ومما يلفت النظر والغرابة هو أن المقاومة الهربائية لـ تحت الانتقال إلى النقل الفائق تبقى محدودة بداً من تلاشيها تماماً (الشكل 4). وبالإضافة إلى ذلك، لا توجد هنالك أي إشارة عن شذوذ الحرارة النوعية عند . تشير كل من هاتين الميّزتين بشكلٍ قوي إلى أن الناقلية الفائقة في غير متجانسة، وتوجد فقط في عناقيد منتشرة في المادة.


يتبع ....

[abu-gamal]

4- مواد مثيرة للاهتمام :

المقاومية r، مقابل درجة الحرارة كما قيست في تحت الضغط العالي (أزرق)، (أحمر) و URhGe(أخضر) والبنية السداسية المتراصة للحديد عند 25GPa (الشكل الداخلي). تبقى المقاومية في والحديد محدودة بدلاً من أن تنخفض كليّاً إلى الصفر. ورغم أن هذا السلوك يبقى مفهوماً في الحديد (راجع النص) إلا أنه يبقى لغزاً غامضاً في . وبصورة تبعث على الدهشة لا توجد هنالك إشارات عن شذوذ الحرارة النوعية في عند درجة الحرارة الحرجة.
يجادل بعض النظريين بأن اختفاء درجة حرارة كوري والدرجة الحرجة للنقل الفائق عند النقطة الحرجة الكمومية يُشكّل مبرراً معقولاً للظاهرة، وقد يكون ذلك هو الحالة. ولكن يجب توضيح أصل المقاومية المتقية، وبالتالي الناقلية الفائقة الناقصة. وبأي من الطريقتين، فإن مثال واعد للناقل الفائق المغنطيسي الحديدي، وسيتم الكشف عن طبيعته الحقّة بإجراء تجارب جديدة على البلّورات التي تمّ تحسين نقاوتها.

الحديد تحت الضغط :

يستطيع الضغط أن يُحرّض تغيراتٍ في بنية البلّورة، والحديد لا يشذ عن ذلك، وبالفعل، فإن وفرة العنصر العالية، والضغوط العالية جداً في عمق لبِّ الأرض يَعْنيان بأن بنية الحديد تشكّل اهتماماً خاصاً للجيوفيزيائيين. إن التغير في بنية البلورة يعدل بشكل كبير الخواص المغنطيسية للحديد (الشكل 5).

5- الحديد يحدث فيزياء ثرية :

يبدو أن جميع تعقيدات المغنطيسية والناقلية الفائقة ستظهر حتى بالنسبة لعنصر بسيط مثل الحديد. إن الطور a ذا بنية المكعب المركزي الجسم هو المغنطيس الحديدي المعروف جيداً (أخضر). لكن إذا كان الطور g (أزرق) في الضغط العالي وفي درجة الحرارة العالية ثابتاً في الدرجات المنخفضة فإنه يجب أن يشكل مغنطيساً حديدياً مضاداً عند الدرجة 100 كلفن وعند الضغط الجوي المحيط. إن الطور ε السداسي المتراص لا مغنطيسي ويصبح ناقلاً فائقاً (أصفر) في الدرجات المنخفضة من الحرارة. يبقى أصل الناقلية الفائقة في الطور εوفي آلية اقتران الشحنة غامضاً ومصدراً للمناقشات المكثفة.
يمكن تمثيل تفاعل البُنى البلّورية الثلاث – التي دُعيت بالأطوار a، ε، و g وخواصها الإلكترونية والوغنطيسية على مخطط الطور ضغط – درجة الحرارة (تقابل الأطوار α، ε، و γ البنية البلورية المكعبة المركزية للجسم والبنية البلورية السداسية المتراصة والبنية البلورية المكعبة المركزية الوجوه بالترتيب)
وبالإضافة إلى ذلك، فإن انتقالات الأطوال جميعها التي تحصل هي من المرتبة الأولى، وقد دُرس الانتقال بين الطورين α و ε سابقاً بالتفصيل مع مفعول موسباور Mossbauer.
من المعروف أن الحديد يكون عند الضغوط المنخفضة وفي درجات الحرارة المنخفضة مغنطيساً حديدياً ذا بنية مكعبة مركزية الجسم. وبازدياد الضغط باتجاه النقطة الحرجة الكمومية عند 40 GPa تتغير البنية البلّورية إلى الشكل السداسي المتراص، وتبيّن القياسات المغنطيسية لأن الحديد يصبح مغنطيساً مسايراً، يشبه نوعاً ما بعض مركبات الفرميونات الثقيلة. يشير هذا إلى أن الترجحات السبينية يمكن أن تحدث نوعاً ما مع طاقة مميزة منخفضة. وطبقاً لما أفاد به سكسينا وليتل وود Littlewood من كمبردج، يُحتمل أن يكون هذا الطور ε للحديد محكوماً بتآثرات مغنطيسية حديدية مضادة، وهذا لا يشبه البُنى المماثلة في الكوبالت.
بيّنت التجارب المقاومية، التي جرت حديثاً من قِبَل شيميزو Shimiau ومعاونيه في أوازاكا، بوضوح أن الطور ε للحديد يَنقل نقلاً فائقاً في مجال كبير من الضغط (الشكل 5). كما بيّنت هذه المجموعة أن مقاومته تنخفض بحوالي 10% عند الدرجة الحرجة وله مفعول مايسنر يمكن مقارنته بعيّنة شاهدة للإنديوم الفائق النقل عند الدرجة 3.2 كلفن (انظر الشكل 4). يمكن هنا فهم المقاومة المحدودة تحت الدرجة لأن الحديد يفشل بالتحوّل إلى البنية السداسية المتراصة النقية نتيجة للصعوبات التجريبية، ونتيجة لأن القياسات تتم بسلكين من الذهب (انظر القسم السفلي من الصورة الأولى).
وكما أكّد سكسينا وليتل وود في مقال في مجلة Nature حول أعمال شيميزو، بأن أهمية الخواص الكهربائية والمغنطيسية للحديد السداسي المتراص تكمن في الدور المفتاحي الذي يلعبه الحديد في اللب الداخلي للأرض وفي استقرار الحقل المغنطيسي للكوكب. وسيكون لنتائج شيميزو تأثير كبير عندما تندفع المجموعات التجريبية بتوصيف التقلبات المغنطيسية في الطور ε. ستكون الخطوة الأولى بإجراء قياسات المقاومية على عيّنة نقية من حديد ε ثمّ جمع هذه النتائج مع نتائج موسباور. يمكن أن يكون أصل الناقلية الفائقة في الحديد العالي الضغط هو المغنطيسية الحديدية المضادة بدلاً من المغنطيسية الحديدية. بيد أن الأمر ليس معروفاً بالتأكيد لأي إنسان ويبقى أصل آلية التزاوج لغزاً.

التجاوب مقابل النظرية :

بدأ النقاش حول النواقل الفائقة المغنطيسية الحديدية المتجولة مع فكرة الترجحات السبينية المغنطيسية الحديدية وتوقع ظهور طور فائق النقل على كلٍّ من جانبي النقطة الحرجة الكمومية. ولكن التجارب الحديثة كشفت أن الناقلية الفائقة تحصل فقط على جانب واحد. اقترح كراستان بالغويف K. Balgoev من جامعة بوسطن ومعاونوه أن التزاوج الأحادي يكون منحصراً بطور المغنطيسية الحديدية، ولكن نقاشهم لسوء الحظ اقتصر على إثارات الطاقة المنخفضة. وفي الوقت نفسه، كان تيد كيركباتريك T. Kirkpatrick من جامعة ماريلاند يقترح بأن الناقلية الفائقة في المغانط الحديدية الضعيفة (مثل ) تنشأ نتيجة لاقتران الترجحات الطولانية مع الأمواج السبينية العرضية.
اقترح كازومازا ميياك K. Miyake وشينجي واتاناب S. Watanabe من أوزاكا من أجل المواد العالية اللاتناحي مثل أنه من الممكن لغالية الإلكترونات المتجهة سبينهاتها إلى أعلى أن تفي بالشروط الأخرى التي تقود غلى الشحنة أو إلى أمواج الكثافة السبينية مع آليات الاقتران الخاصة بهما. وأخيراً، فإن الاقتران إلكترون – فوتون التقليدي يُحتمل أن يوجد أيضاً في هذه المواد المعقّدة نظراً لأن الإلكترونات الموجودة فقط على جزء صغر من سطح فِرمي يمكن أن تتزاوج إلى المغنطيسية الحديدية.

أهداف من أجل المستقبل :

كان الاعتقاد السائد لوقت طويل أن الناقلية الفائقة والمغنطيسية متعارضتان. وقد وُجِد الآن العديد من الأمثلة بفضل التحسينات التي طرأت على نوعية العيّنات الممكن إنتاجها، تتركز الأهداف في البحث عن أمثلة جديدة وصياغة نظرية تستطيع أن توضح آلية الاقتران التي تخضع لها. ومتى تظهر المعطيات التجريبية الجديدة تكون الاستجابة النظرية لها سريعة وتؤدي إلى عددٍ من التنبؤات المختلفة والنظريات. وعلى كل حال، فإن ما هو واضح الآن هو أن كلتا المجموعتين النظرية والتجريبية قد تمّ حثهما وإثارتهما بفعل الثروة الفيزيائية التي قدمتها هذه المواد. يدور السباق الآن على إيجاد مثال واضح عن التزاوج الثلاثي في الناقل الفائق المغنطيسي الحديدي.

في النهاية ارجو لكم المتعه والفائدة ولا تنسونا من صالح دعائكم بظهر الغيب وشكرا.
في أمان الله .

[جلنار44]

شكرا موضوع اكثر من رائع بارك الله فيك

[prerlyCen]

تسلمين يالغالية على طلتك الروووعة

و ان شاء الله تعجبك مواضيعي دوووم