حل لغز معدن لا يوصل الحرارة ويوصل الكهرباء!
اكتشف باحثون معدن لا يوصل الحرارة ولكنه يوصل الكهرباء وهي خاصية غاية في الأهمية وهي مخالفة لما كان يعتقده العلماء عن المعادن. يعارض هذا المعدن قانون شهير في الفيزياء يسمى قانون وايدزمان- فرانز وهو ينص على أن الموصلات الجيدة للكهرباء تكون بالضرورة موصلات جيدة للحرارة. وهذا هو السبب في كون المواتير والأجهزة الكهربائية ترتفع حرارتها وتحتاج إلى تبريد.
وجد باحثون أمريكون مادة تسمى ثاني أكسيد الفانديوم وهي مادة كانت معروفة بخواصها الكهربية الغريبة حيث تتحول المادة من مادة عازلة لمادة موصله عند درجة حرارة 67 درجة مئوية. وجدوا أنها توصل الكهرباء وتعزل الحرارة، وهو أمر مخالف لقانون ظل صامدًا لسنين طويلة.
ترجع هذه الخاصية الغريبة للطريقة التي تتحرك بها الإلكترونات في المادة. حيث أن الإلكترونات في الموصلات التقليدية تتحرك حركة عشوائية في جميع الاتجاهات، والحركة الفعلية تكون عبارة عن الحركة المحصلة لمجموع الإلكترونات. أما في ثاني أكسيد الفانديوم فوجد أن الإلكترونات تتحرك في تناغم كأنها سائل يسري فوق سطح أملس.
لماذا هذا جعل ثاني أكسيد الفانديوم موصل للكهرباء وليس الحرارة. هذا لأن الحرارة تعرف بأنها الاهتزازات العشوائية للإلكترونات. وبما أن حركة الإلكترونات في ثاني أكسيد الفانديوم تعتبر حركة متناغمة، فهذا معناه أن طاقة الإلكترونات كلها موضوعة كطاقة كهربية وأنه لا تحمل الإلكترونات طاقة حرارية.
يرجع ذلك للشكل البلوري لثاني أكسيد الفانيدوم ولخواصه التي يمكن شرحها من خلال ميكانيكا الكم. لكن ما يهمنا في تلك المقال هو الفكرة نفسها وليس الشرح المعقد لأسبابها الفيزيائية.
لتلك المادة تطبيقات عديدة، فيمكن استخدامها على سبيل المثال لا الحصر في صناعة الإلكترونيات لزيادة كفاءة الموصلات، وتقليل الحرارة المفقودة. وتقليل الحاجة للتبريد نتيجة ارتفاع درجة حرارة الموصلات بسبب حملها للحرارة.
ويمكن أيضًا عمل تعديلات على المادة بإضافة مواد أخرى لها لإكسابها خواص أخرى ولجعلها قادرة على التدخل في عدد كبير من التطبيقات.
لا يزال البحث جاريًا حول تلك المادة، ومن المتوقع أن تثمر تلك الأبحاث تطبيقات مميزة تنقل الصناعة خطوة كبيرة للأمام.
اقرأ أيضًا:
