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 .