علوم المواد
كيف حطم التبريد بالضغط الرقم القياسي للموصلات الفائقة
في تطور ملحوظ وإيجابي1 لعلوم المواد، حطم باحثون في جامعة هيوستن (UoH) رقماً قياسياً طويل الأمد في مجال الموصلية الفائقة. في 19 مارس 2026، أعلن2 الفريق بقيادة الفيزيائيين تشينغ وو تشو وليانغزي دينغ تحقيقهم للموصلية الفائقة عند درجة حرارة قياسية بلغت 151 كلفن (-122 درجة مئوية) تحت الضغط الجوي. هذا الإنجاز ليس مجرد معلم رقمي؛ إنه يمثل تحولاً أساسياً في كيفية تعامل العلماء مع “الكأس المقدسة” للفيزياء: السعي نحو مقاومة كهربائية صفرية في درجة حرارة الغرفة وظروف الضغط الجوي العادية.
من خلال استخدام تقنية متطورة تعرف باسم التبريد بالضغط – وهي عملية مشابهة لتلك المستخدمة في صنع الألماس الاصطناعي – تمكن الفريق من “تثبيت” الحالات الإلكترونية عالية الضغط التي تختفي عادةً في اللحظة التي يُرفع فيها الضغط. يقربنا هذا الاختراق بشكل كبير من التقدم في الموصلية الفائقة المطلوب لإشعال ثورة تكنولوجية جديدة، مما يحتمل أن يحول كل شيء من شبكات الطاقة العالمية إلى كفاءة مراكز البيانات الحديثة.
التعريف: التبريد بالضغط
التبريد بالضغط هو تقنية تثبيت حيث يتم تعريض المادة لضغط شديد لتعزيز خصائصها ثم تبريدها بسرعة قبل إزالة الضغط. هذا “يجمّد” ذرات المادة في ترتيب عالي الأداء، مما يسمح لها بالاحتفاظ بخصائص فائقة – مثل الموصلية الفائقة – حتى بعد عودتها إلى ضغط الغرفة العادي.
لفهم سبب أهمية هذا، انظر نحو السياق التاريخي للمادة المستخدمة: وهي كوبرات قائم على الزئبق يعرف باسم Hg1223. منذ عام 1993، احتفظت هذه المادة بالرقم القياسي للضغط الجوي عند 133 كلفن (-140 درجة مئوية). تظهر قدرة فريق هيوستن على رفع هذا السقف بمقدار 18 كلفن أن حدود المواد المعروفة لم تُبلغ بعد. هذا النهج غير التقليدي يعكس اكتشافات أخرى حديثة، مثل بحث جرافين الزاوية السحرية من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، والذي يتلاعب بشكل مماثل بالهياكل الذرية لحث حالات مقاومة صفرية حيث بدت مستحيلة سابقاً.
آلية المقاومة الصفرية والضغط الجوي
تعتمد الموصلية الفائقة على تشكيل أزواج إلكترونية هشة يمكنها التحرك عبر شبكة دون الاصطدام بالذرات، مما يخلق حرارة وفقداناً للطاقة. عادةً، تكسر الحرارة أو “الاهتزازات” هذه الأزواج. بينما يمكن لتطبيق ضغط هائل أن يضغط الذرات معاً لتقوية هذه الأزواج، فإن الحالة تُفقد تقريباً دائماً في اللحظة التي يُرفع فيها الضغط. يزيل نجاح جامعة هيوستن في الحفاظ على هذه الخصائص تحت الضغط الجوي أحد أكبر الحواجز أمام التسويق: الحاجة إلى خلايا سندان الألماس الضخمة والمكلفة للحفاظ على وظيفة المادة.
يأتي هذا التطور في وقت يستكشف فيه المجتمع العلمي مجموعة واسعة من الموصلات الفائقة “غير التقليدية”. بينما كان العالم مفتوناً لفترة وجيزة بمزاعم الموصل الفائق LK-99، فإن البحث الحالي في Hg1223 يوفر مساراً قابلاً للتكرار ومراجعة الأقران للمضي قدماً. علاوة على ذلك، يشير اكتشاف آليات جديدة، مثل الموصلية الفائقة في ثنائي الطبقة الملتوية WSe2، إلى أننا ندخل عصراً يمكن فيه هندسة المواد بدقة لبيئات إلكترونية محددة.
التحول نحو أنظمة عملية
الانتقال إلى التشغيل تحت الضغط الجوي هو عامل تغيير قواعد اللعبة للبحث والتطوير الصناعي. عندما تكون المادة مستقرة تحت الظروف العادية، يمكن دراستها وتصنيعها باستخدام أدوات المختبر القياسية بدلاً من معدات الضغط العالي المتخصصة. هذا التسريع لدورة التغذية الراجعة بين الاكتشاف والتطبيق ضروري لخلق الجيل القادم من الأجهزة الموفرة للطاقة. نحن نشهد اتجاهاً موازياً في البحث عن موصلات فائقة عالية الحرارة خالية من النحاس، حيث الهدف هو إيجاد مواد أكثر وفرة وأسهل في المعالجة لا تتطلب بيئات متطرفة.
سرد معلم في الموصلية الفائقة: الجدول الزمني الحديث
أوائل 2026
يبدأ فريق جامعة هيوستن تجارب على Hg1223، مركزاً على فرضية أن الهياكل الإلكترونية المستحثة بالضغط يمكن “تبريدها” إلى حالة شبه مستقرة عند ضغط الغرفة.
فبراير 2026
تظهر الاختبارات الأولية باستخدام تبريد النيتروجين السائل المدمج مع التبريد بالضغط نتائج واعدة، مما يشير إلى أن درجة حرارة التحول (Tc) تظل مرتفعة حتى بعد تخفيف الضغط.
12 مارس 2026
يؤكد الباحثون درجة حرارة تحول قياسية تبلغ 151 كلفن (-122 درجة مئوية) عند الضغط الجوي. هذا يغلق بشكل فعال الفجوة نحو درجة حرارة الغرفة بمقدار 18 درجة أخرى، تاركاً هدفاً متبقياً يقارب 140 درجة مئوية للتشغيل الحقيقي في درجة حرارة الغرفة.
19 مارس 2026
يتم نشر النتائج، موضحةً تسلسل التبريد بالضغط كمسار قابل للتطبيق لتثبيت الأطوار عالية الحرارة الحرجة في الكوبرات وأكاسيد معقدة أخرى.
التأثير على الحوسبة الكمومية والطاقة
الآثار المترتبة على قطاع التكنولوجيا عميقة محتملاً. في عالم الحوسبة الكمومية، غالباً ما يؤدي البحث عن كيوبتات مستقرة إلى مواد غريبة مثل الموصل الفائق الثلاثي Nbre، والذي يمكنه التعامل مع المجالات المغناطيسية بقوة أكبر. بينما تتحرك الموصلية الفائقة نحو درجات حرارة أعلى وضغوط أقل، يمكن تبسيط أنظمة التبريد المطلوبة لمعالجات الكم – والتي هي حالياً “ثلاجات تخفيف” ضخمة بتكلفة ملايين الدولارات – بشكل جذري.
وراء الحوسبة، فإن قطاع الطاقة هو المستفيد الأكبر. يُفقد ما يقرب من 5٪ إلى 10٪ من الكهرباء المولدة كحرارة أثناء النقل عبر الأسلاك النحاسية. الكابلات الفائقة التوصيل التي تعمل عند -122 درجة مئوية، بينما لا تزال تحتاج إلى تبريد، هي أكثر كفاءة وأسهل في الصيانة من تلك التي تتطلب درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق. يوفر هذا الاختراق خارطة طريق لـ “الشبكات الفائقة” القادرة على نقل كميات هائلة من الطاقة المتجددة عبر القارات مع فقدان شبه معدوم.
مقارنة أداء الموصلية الفائقة
| المادة/الطريقة | درجة حرارة التحول (Tc) | متطلبات الضغط |
|---|---|---|
| Hg1223 التقليدي (1993) | 133 كلفن (-140°م) | الضغط الجوي |
| Hg1223 هيوستن (2026) | 151 كلفن (-122°م) | الضغط الجوي |
| هيدريدات تعتمد على الضغط | ~250 كلفن (-23°م) | متطرف (>1.5 مليون ضغط جوي) |
| هدف درجة حرارة الغرفة | ~293 كلفن (+20°م) | الضغط الجوي |
إمكانية الاستثمار في الموصلية الفائقة
بالنسبة للمستثمرين، يمثل سوق الموصلية الفائقة فرصة “حدودية” كلاسيكية. بينما ما زلنا على بعد 140 درجة من عالم الإلكترونيات في درجة حرارة الغرفة، فإن الانتقال إلى الضغط الجوي هو الإشارة الحاسمة على أن التكنولوجيا تنتقل من النظرية البحتة إلى الهندسة التطبيقية. الشركات المشاركة في التبريد المتقدم، والسيراميك المتخصص، والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) هي المستفيدون من الدرجة الأولى من هذه درجات الحرارة القياسية المرتفعة.
ومع ذلك، تكمن القيمة الحقيقية في الشركات التي يمكنها تسجيل براءات اختراع وتوسيع نطاق تقنيات التثبيت مثل التبريد بالضغط بنجاح. مع زيادة متانة هذه المواد، نتوقع أن نشهد طفرة في “الموصل الفائق كخدمة” لمراكز بيانات الذكاء الاصطناعي، التي تعاني حالياً من إنتاج حرارة هائل واستهلاك طاقة. ينظر المستثمرون المركّزون على الاستراتيجية بشكل متزايد إلى قطاع علوم المواد باعتباره الاختناق الرئيسي التالي لثورة الذكاء الاصطناعي. إذا كان بإمكان الكمبيوتر العمل بمقاومة صفرية، فإن الطاقة لكل حساب تنخفض بمقدار أضعاف، مما يجعل الأجهزة الحالية تبدو مثل محركات البخار بالمقارنة.
في النهاية، يثبت عمل جامعة هيوستن أننا لا نحتاج بالضرورة إلى مواد معجزة “جديدة” لتحقيق التقدم؛ يمكننا غالباً إطلاق الإمكانات الكامنة للمواد الموجودة من خلال الهندسة الذكية. بينما تستمر الفجوة نحو درجة حرارة الغرفة في التقلص، فإن الخط الفاصل بين “الخيال العلمي” و”الواقع الصناعي” يصبح أكثر ضبابية.
تسليط الضوء: American Superconductor (AMSC)
انتقلت AMSC إلى ما بعد مرحلة “البحث والتطوير” وتقوم حالياً بنشر سلك Amperium الخاص بها – وهو مادة موصل فائق عالي الحرارة من الجيل الثاني – في تطبيقات حقيقية للشبكة والملاحة البحرية. عملها ذو صلة خاصة بطفرة مراكز البيانات، حيث تتطلب أحمال عمل الذكاء الاصطناعي كثافة طاقة غير مسبوقة، وتصل البنية التحتية التقليدية القائمة على النحاس إلى حد فيزيائي. يمكن للكابلات الفائقة التوصيل من AMSC نقل ما يصل إلى 10 أضعاف طاقة الكابلات التقليدية في نفس البصمة المادية، مما يقدم حلاً لـ “اختناق الطاقة” الذي يواجهه قطاع التكنولوجيا حالياً.
(AMSC )
علاوة على ذلك، حصلت الشركة على عقود كبيرة مع البحرية الأمريكية لأنظمة حماية السفن وهي لاعب رئيسي في مشاريع مرونة الشبكة. بالنسبة للمستثمرين، تمثل AMSC “لعبة نقية” على الانتقال من المعامل المختبرية إلى النشر على نطاق صناعي. بينما تتحرك الاختراقات مثل تقنية التبريد بالضغط نحو خط التجميع، فإن شركات مثل AMSC هي المرشحون الأكثر ترجيحاً لدمج هذه الأطوار عالية الحرارة المستقرة في الجيل القادم من شبكات الطاقة المحايدة الكربونية والأجهزة العسكرية فائقة الكفاءة.
أحدث أخبار أسهم American Superconductor (AMSC)
المراجع:
1. Chu, C. W., & Deng, L. (2026). Achievement of record high-temperature superconductivity in HgBa2Ca2Cu3O8+δ under ambient pressure via pressure quenching. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2536178123
2. University of Houston. (2026, March 10). Physicists achieve record high-temperature superconductivity at ambient pressure. Retrieved from https://www.uh.edu/news-events/stories/2026/march/03102026-ambient-pressure-superconductivity-record.php
