في دراسة نشرت في العلوم المتقدمة، الباحثون بقيادة البروفيسور تشونغ جوهوا من معهد شنتشن المتقدم تكنولوجيا (SIAT) من الأكاديمية الصينية للعلوم (CAS) تنبؤًا فيما يتعلق بالموصلية الفائقة التي تزيد عن 100 كلفن داخل شبكات قفص الكربون.
ومن خلال استخدام حسابات المبادئ الأولى، قاموا بصناعة كربيدات ذات الخصائص الهيكلية لشبكات القفص الكربوني، وتحقيق اقتران قوي بين الإلكترون والفونون وتجاوز درجات حرارة التحول فائقة التوصيل للكربيدات التقليدية مثل الماس، والجرافين، وأنابيب الكربون النانوية، والفوليرين.
في الآونة الأخيرة، كان هناك زيادة في الاهتمام بالموصلية الفائقة داخل المركبات العنصرية خفيفة الوزن، لا سيما في سياق الموصلية الفائقة في درجات الحرارة المرتفعة والضغط المحيط. تعتبر المواد الكربونية، باعتبارها مركبات عنصرية خفيفة الوزن، حجر الزاوية في المواد المستقبلية.
على الرغم من اكتشاف الموصلية الفائقة في بعض المواد المعتمدة على الكربون بما في ذلك الماس والجرافين وأنابيب الكربون النانوية والفوليرين، إلا أن درجات الحرارة الانتقالية فائقة التوصيل (Tc) تبقى تحت النقطة الحرجة البالغة 77 كلفن، وهي نقطة غليان النيتروجين السائل.
لاستكشاف تطوير الموصلات الفائقة للمواد الكربونية ذات Tcابتكر الباحثون هيكلين كربونيين جديدين يتميزان بشبكات تشبه القفص. لقد قاموا بفحص الموصلية الفائقة بدقة عن طريق إدخال المنشطات المعدنية. وحدات القفص هذه، C24 و ج32، مترابطة من خلال الأسطح المشتركة لإنشاء الهياكل البلورية.
لقد توقعت الحسابات عالية الإنتاجية أن هذه الهياكل الشبكية الشبيهة بالقفص يمكن أن تظهر موصلية فائقة عند درجة حرارة عالية تحت الضغط المحيط عند تطعيمها بالمعادن. والجدير بالذكر أن ج24 أظهرت بلورات شبكة القفص المخدرة بمعادن Na وMg وAl وIn وTl موصلية فائقة في درجات الحرارة العالية تتجاوز 100 كلفن. ولم يتفوق هذا فقط على Tc من المواد الكربونية الشائعة مثل الماس والجرافين وأنابيب الكربون النانوية والفوليرين ولكنها تجاوزت أيضًا درجة غليان النيتروجين السائل بشكل كبير.
بالإضافة إلى ذلك، كشف الباحثون أن اقتران هياكل القفص يلعب دورًا محوريًا، مما يؤدي إلى تفاعلات أقوى بين الإلكترون والفونون مقارنة بالمواد الكربونية الأخرى ويؤدي إلى ارتفاع Tc. ووجدوا أن الموصلية الفائقة للكربيدات مع شبكات القفص تعتمد بشكل كبير على السالبية الكهربية وتركيز المنشطات للمعادن المدخلة. تميل السالبية الكهربية الأضعف وتركيز المنشطات الأعلى إلى الحصول على T أعلىc القيم.
"توفر النتائج التي توصلنا إليها طريقة واعدة لتطوير ارتفاع Tc الموصلات الفائقة. وقال البروفيسور تشونغ: "نتوقع أن هذا العمل سوف يلهم التحقيقات التجريبية والنظرية في الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية القائمة على الكربيدات".