الموصل الفائق LK-99 سيكون قفزة إلى الأمام في الحوسبة وفهمنا لعلم المواد

معظم التقدمات التكنولوجية متواضعة بطبيعتها، تبني ببطء على الأجيال السابقة.  ومع ذلك، بين الحين والآخر، يحدث اختراق في علم المواد ينتج عنه ليس خطوة بل قفزة إلى الأمام.  إذا كان فريق العلماء في كوريا على صواب في الاكتشافات الأخيرة المتعلقة بالموصلات الفائقة، فقد يكون قد وفر للعالم أحد هذه الاختراقات.

حاليًا، يدعي فريق العلماء أنهم اكتشفوا موصلًا فائقًا صُنع دون مواد غريبة وهو مستقر وفعال في كل من

• ضغط محيطي
• درجة حرارة الغرفة

هذا الموصل الفائق، الذي هو بنية معدلة من أباتيت الرصاص، يُشار إليه حاليًا باسم ‘LK-99’.  في ورقته، يذكر الفريق،

“للمرة الأولى في العالم، نعلن عن نجاحنا في تركيب موصل فائق يعمل في درجة حرارة الغرفة وضغط محيطي باستخدام نهج كيميائي لحل مشكلة الحرارة والضغط. سَمّينا أول موصل فائق يعمل في درجة حرارة الغرفة وضغط محيطي LK-99.”

أدناه، نلقي نظرة سريعة على ما هو الموصل الفائق، وما يعنيه ذلك للمستقبل.

ما هي الموصلات الفائقة؟

قبل النظر إلى سبب السعي الشديد للموصلات الفائقة، يجب أولاً أن نفهم ما هي بالفعل. لذلك، الموصلات الفائقة هي مواد يمكنها توصيل الكهرباء أو نقل الإلكترونات من ذرة إلى أخرى دون مقاومة. وهذا يعني أن التيار الكهربائي يمكن أن يتدفق عبر المادة دون أي فقدان للطاقة. بفضل قدرتها على نقل الكهرباء بدون خسارة، تتيح الموصلات الفائقة أنظمة طاقة ذات كفاءة عالية للغاية.

من المثير للاهتمام، أن التوصيل الفائق هو ظاهرة ميكانيكية كمية تحدث عادةً في مواد مختارة وفقط ضمن نطاق ضيق من المعايير. غالبًا ما تكون في درجات حرارة منخفضة جدًا تقترب من الصفر المطلق (-273.15 درجة مئوية أو -459.67 درجة فهرنهايت).

ومن الجدير بالذكر أن الخصائص الفريدة للموصلات الفائقة لا تقتصر على نقل الطاقة بكفاءة فقط. بل تمتد لتشمل المجالات المغناطيسية القوية، مما يجعلها لا تقدر بثمن لتطبيقات مثل أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) في المستشفيات وقطارات الرفع المغناطيسي (المغلف).

قناة اليوتيوب Techquickie تشرح ذلك بشكل جيد في حلقة سابقة بعنوان ‘Fast as Possible’.

حاليًا، هناك نوعان من الموصلات الفائقة التي تُقبل على نطاق واسع. تشمل هذه الأنواع،

1. الموصلات الفائقة من النوع الأول: هذه المواد تُظهر التوصيل الفائق عند درجات حرارة منخفضة جدًا وتحت حقول مغناطيسية منخفضة. عادةً ما تكون معادن نقية مثل الألمنيوم، الزئبق، والرصاص.
2. الموصلات الفائقة من النوع الثاني: عادةً ما تكون مركبات أو سبائك معدنية تُظهر التوصيل الفائق عند درجات حرارة أعلى نسبيًا وتحت حقول مغناطيسية عالية. تشمل الأمثلة niobium-tin (Nb3Sn) و yttrium barium copper oxide (YBCO).

من المهم أن نلاحظ أن درجات الحرارة نسبية. وهذا يعني أنه بينما تُعرف الموصلات الفائقة من النوع الثاني بأنها ذات درجات حرارة عالية مقارنةً بالنوع الأول، فإن الحقيقة تبقى أنها لا تزال تتطلب درجات حرارة منخفضة جدًا تجعلها غير عملية للاستخدام في التطبيقات اليومية.

لماذا يُسعى بشدة إلى موصل فائق يعمل في درجة حرارة الغرفة وضغط محيطي؟

اكتشاف موصل فائق يعمل في درجة حرارة الغرفة وضغط محيطي سيحمل تداعيات عميقة للتكنولوجيا والعلوم ككل. إليكم بعض التطبيقات المحتملة والآثار.

1. نقل الطاقة: يمكن للموصلات الفائقة نقل التيار الكهربائي دون أي فقدان بسبب المقاومة. سيجعل ذلك نقل الطاقة فعالًا للغاية، وقد يثوّر شبكة الكهرباء لدينا ويقلل من هدر الطاقة.
2. قطارات الرفع المغناطيسي (Maglev): باستخدام موصلات فائقة تعمل في درجة حرارة الغرفة، سيصبح بناء وتشغيل قطارات الرفع المغناطيسي أكثر عملية وتكلفة أقل. يمكن لهذه القطارات أن تسافر بسرعات عالية جدًا مع استهلاك طاقة قليل.
3. التقنية الطبية: يمكن تطوير أجهزة الرنين المغناطيسي (MRI) عالية الجودة وأكثر كفاءة وغيرها من أجهزة التصوير الطبي لأنها تعتمد على المغناطيسات الفائقة.
4. الحوسبة الكمومية: الموصلات الفائقة هي بالفعل مفتاح لأنواع معينة من الحواسيب الكمومية (مثل تلك التي تصنعها IBM وGoogle)، لكن هذه الحواسيب تحتاج حاليًا إلى تبريد إلى درجات حرارة منخفضة جدًا. ستجعل الموصلات الفائقة ذات درجة حرارة الغرفة الحواسيب الكمومية أكثر عملية، وربما تسرّع تطوير هذه التقنية القوية الجديدة.
5. تخزين الطاقة: يمكن استخدام الموصلات الفائقة لإنشاء أنظمة تخزين طاقة عالية السعة وفعّالة، تُعرف بأنظمة تخزين الطاقة المغناطيسية الفائقة (SMES). يمكن أن تلعب هذه دورًا حيويًا في مستقبل الطاقة المتجددة.
6. البحث العلمي: يمكن جعل العديد من الأدوات العلمية والتجارب (على سبيل المثال، تلك في فيزياء الجسيمات) أكثر كفاءة وأسهل في التشغيل باستخدام موصلات فائقة تعمل في درجة حرارة الغرفة.

بشكل أساسي، أي آلة أو جهاز أو عملية تعتمد على الكهرباء أو تعيقها الاحتكاك ستستفيد بشكل كبير من الناحيتين الوظيفية والكفاءة.

اكتشاف موصل فائق يعمل في درجة حرارة الغرفة وضغط محيطي ليس اكتشافًا علميًا ‘مبهرًا’ بأي حال. ومع ذلك، لا يغيّر ذلك من أهمية هذا الاكتشاف ويتطلب من القارئ التفكير فعليًا في كيفية تغييره لعالمنا.

المجالات التي ستُحدث ثورة بفضل LK-99

كما ذُكر أعلاه، هناك العديد من المجالات التي ستستفيد من مثل هذا الموصل الفائق. يبرز فريق LK-99 ذلك بالقول،

“LK-99 هو مادة مفيدة جدًا لدراسة ألغاز التوصيل الفائق في درجة حرارة الغرفة. جميع الأدلة والتفسيرات تشير إلى أن LK-99 هو أول موصل فائق يعمل في درجة حرارة الغرفة وضغط محيطي. يمتلك LK-99 العديد من الإمكانات لتطبيقات مختلفة مثل المغناطيس، المحرك، الكابل، قطار الرفع، كابل الطاقة، الكيوبت للحاسوب الكمومي، هوائيات THz، وغيرها. نعتقد أن تطويرنا الجديد سيكون حدثًا تاريخيًا جديدًا يفتح عصرًا جديدًا للبشرية”

بينما هناك وفرة من المجالات العلمية والصناعات التي ستتغير بفضل الحصول على موصل فائق يعمل في درجة حرارة الغرفة وضغط محيطي، قد يكون هناك مجال واحد سيستفيد أكثر من غيره – الحوسبة.

الحوسبة – سواء أكانت إشارة إلى تعدين البيتكوين، الهواتف الذكية، خوادم البيانات، إلخ – ستستفيد كثيرًا من زيادة التصغير، كفاءة الطاقة، وسرعات المعالجة. سواء كان ذلك من خلال تقليل توليد الحرارة، خفض الكمون، أو أي شيء آخر، فإن الموصلات الفائقة لديها القدرة على إحداث الجيل الحقيقي التالي من الحواسيب.

الشكوك تحيط بـ LK-99

إذا كان فريق العلماء وراء الورقة المذكورة أعلاه على صواب في نتائجهم المتعلقة بـ LK-99، فإن الفوائد الناتجة للبشر ستكون هائلة. ومع ذلك، هناك علامة ملاحظة مهمة تظل عالقة على نتائجه – نقص في مراجعة الأقران.

نظرًا لأن العلماء حول العالم يبحثون عن موصل فائق يعمل في ضغط محيطي ودرجة حرارة الغرفة منذ عقود، فمن الطبيعي أن يكون هناك قدر صحي من الشكوك حول الادعاءات المقدمة. لتخفيف هذه الشكوك، يجب إعادة إنشاء نتائج الفرق بطريقة محكومة وقابلة للتكرار. أهمية عملية مراجعة الأقران متعددة الجوانب، بما في ذلك،

1. ضبط الجودة: الوظيفة الفورية لمراجعة الأقران هي ضمان جودة المقالات التي تُنشر في المجلات العلمية. يقوم المراجعون بتقييم منهجية الدراسة، الإحصاءات، وعرض النتائج بدقة لضمان أن الاستنتاجات مدعومة بالبيانات.
2. التحقق من البحث: يقوم مراجعو الأقران بالتحقق من منهجية البحث والنتائج. يحددون ما إذا كانت طرق البحث مناسبة وتم تطبيقها بشكل صحيح. كما يتحققون من أن النتائج مستمدة من البيانات وأن البيانات تم تفسيرها بصورة صحيحة.
3. الممارسات غير الأخلاقية: تساعد مراجعة الأقران في منع السرقة الأدبية، تزوير البيانات، وغيرها من الممارسات غير الأخلاقية في البحث العلمي. يُكلف المراجعون بالكشف عن أي أنماط مريبة أو تناقضات قد تشير إلى مثل هذه المخالفات.
4. التوحيد: من خلال فرض المعايير العلمية المتوقعة، تعزز مراجعة الأقران الاتساق والتماسك داخل المجال العلمي.
5. المصداقية: تضيف مراجعة الأقران مصداقية للورقة البحثية. غالبًا ما يعتبر الباحثون الآخرون والجمهور العام الأعمال التي خضعت لمراجعة الأقران أكثر موثوقية لأنها مرت بهذا المستوى من التدقيق.

كل من هذه النقاط مهم لأنها، ككل، تسهل التقدم القابل للتحقق في العلوم. توفر الأعمال التي خضعت لمراجعة الأقران للعلماء حول العالم أساسًا يمكنهم بناء تجاربهم أو اختراعاتهم المستقبلية عليه.

مع ذلك، من المهم أيضًا ملاحظة أن عملية مراجعة الأقران ليست مثالية ولها حدودها. قد تتغاضى أحيانًا عن أخطاء كبيرة أو احتيال، وقد يكون هناك تحيز في العملية. على الرغم من عيوبها المحتملة، فإن مراجعة الأقران هي حاليًا أفضل أداة لدينا للحفاظ على جودة ونزاهة الأدبيات العلمية.

إذا تم إثبات صحتها

فكرة LK-99 جذابة وتحتاج إلى إثبات صحتها. لحسن الحظ، لا ينبغي أن يطول الوقت قبل تحقيق ذلك، وبسبب التطبيقات المحتملة لمثل هذا المادة، هناك بالفعل علماء من جميع أنحاء العالم يعملون على ذلك. إذا تم التحقق من كل شيء، لا شك أن هناك اهتمامًا هائلًا في استغلال LK-99 لتطبيقات العالم الحقيقي وتحسين ما يمكنه تقديمه.