اختراق علمي: هندسة الركيزة النانوية ترفع أداء التوصيل الفائق قياسياً

كشف باحثون من جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في السويد، في دراسة نشرتها مجلة Nature Communications في يونيو 2026، عن أسلوب مبتكر لتعزيز خواص التوصيل الفائق (superconductivity) دون الحاجة إلى استحداث مواد جديدة بالكامل. يعتمد الاكتشاف على هندسة السطح الذي ترتكز عليه المادة الموصّلة، لا على تعديل تركيبتها الكيميائية.

آلية الاكتشاف: نحت النانو بديلاً عن تغيير المادة

يقوم الابتكار على حفر أنماط دقيقة بالغة الصغر تُعرف بـ"الركيزة النانوية متعددة الوجوه" على سطح ركائز أكسيد المغنيسيوم. فوق هذه الركائز المُنقَّشة بدقة نانومترية، تُودَع طبقات رفيعة من مادة YBCO، وهي من أشهر أنواع الموصلات الفائقة الكيوبراتية المعروفة بقدرتها على الحفاظ على خاصية التوصيل الفائق عند درجات حرارة مرتفعة نسبياً مقارنةً بغيرها من المواد.

أفضى هذا النحت الدقيق إلى تعديل جوهري في البيئة الإلكترونية عند السطح البيني بين الركيزة والموصل، مما أتاح للمادة الحفاظ على حالة التوصيل الفائق عند درجات حرارة أعلى وفي مواجهة مجالات مغناطيسية أشد مما كان ممكناً مع الركائز التقليدية الملساء.

ما قاله أصحاب الاكتشاف

قالت البروفيسورة فلوريانا لومباردي، التي قادت الفريق البحثي في قسم فيزياء الأجهزة الكمية بجامعة تشالمرز: "بمجرد نحت السطح الذي يرتكز عليه الموصل الفائق، استطعنا استحثاث التوصيل الفائق عند درجات حرارة أعلى بكثير مما كان ممكناً في السابق". ويُشكّل هذا تحولاً جذرياً في المنهجية البحثية، إذ يثبت أن هندسة الركيزة لا تقل أهمية عن تركيب المادة الموصّلة ذاتها.

لماذا التوصيل الفائق مهم جداً؟

التوصيل الفائق هو خاصية بعض المواد على نقل التيار الكهربائي دون أي فاقد في الطاقة على شكل حرارة، وهو ما يعني من الناحية التطبيقية كفاءة مثالية يتعذّر بلوغها بالمواد العادية. غير أن اشتراط تبريد معظم الموصلات الفائقة إلى درجات حرارة شديدة الانخفاض يحدّ من توظيفها العملي في تطبيقات الحياة اليومية والصناعية. يُقلّص الاكتشاف الجديد هذه العقبة بصورة ملموسة نحو التطبيقات الواسعة.

التطبيقات المنتظرة

تشمل المجالات المرشّحة للاستفادة من هذا الاكتشاف: المحوّلات الكهربائية فائقة الكفاءة، وأسلاك نقل الطاقة بدون فاقد تقريباً، وأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي الطبي، فضلاً عن الأجهزة الكمية التي تُشكّل ركيزة الحوسبة الكمية المستقبلية. ويرى الباحثون أن الطريق نحو تحقيق التوصيل الفائق قرب درجة حرارة الغرفة بات أكثر اقتراباً مما ظنّه كثيرون.

المسار البحثي القادم

أثر الاكتشاف على قطاع الطاقة العربي

تبدو هذه النتائج ذات صلة مباشرة بالطموحات الإقليمية في قطاع الطاقة؛ إذ تستثمر كلٌّ من المملكة العربية السعودية ودولة الإمارات مليارات الدولارات في تحديث شبكات نقل الكهرباء ضمن مسيرة التحول الطاقوي نحو الحياد الكربوني. وتواجه شبكات الكهرباء في مناطق الخليج فاقداً مرتفعاً في نقل الطاقة جراء ارتفاع درجات الحرارة، مما يجعل التوصيل الفائق عند درجات حرارة أعلى حلاً محورياً. كما تعتمد محطات الطاقة النووية الإماراتية في براكة على منظومات كهربائية بالغة الكفاءة قد يُعظّم التوصيل الفائق من أدائها مستقبلاً.

يعتزم الفريق توسيع تجاربه على أنواع مختلفة من الموصلات الفائقة ومتغيرات هندسية متنوعة من الركائز بهدف بلوغ أعلى درجات حرارة تشغيل ممكنة. كما يتطلع الباحثون إلى التعاون مع شركات التكنولوجيا والطاقة لاستثمار هذا الاكتشاف في تطبيقات صناعية قابلة للتوسّع.