باحثون يكتشفون مادة موصلة وعازلة في نفس الوقت

العالم-منوعات

واشار موقع روسيا اليوم، إلى أن هذه المادة عبارة عن مركب من المنغنيز والكبريت ((MnS2 ، التي هي في الأساس مادة عازلة، ولكنها تصبح موصلة تحت تأثير الضغط. واكتشف هذه الخاصية علماء من جامعة روتشستر وجامعة نيفادا في لاس فيغاس الأمريكيتين.

وكما هو معروف، تعتمد موصلية المادة على مدى سهولة مرور الإلكترونات الحرة عبر شبكتها البلورية. ومركب كبريتيد المنغنيز هو على شكل بلورات حمراء -سوداء غير قابلة للذوبان في الماء، وهي في الظروف العادية مادة ناعمة عازلة. ولكن عندما ضغط الباحثون على كمية صغيرة منها بحجم قطرة الحبر في سندان من الألماس، تحول كبريتيد المنغنيز إلى الحالة المعدنية وأصبح موصلًا. وبزيادة الضغط على المادة عاد إلى حالته الطبيعية. وجرت هذه التجارب في ظروف درجة حرارة الغرفة 27 درجة مئوية.

ويقول رانجا دياس من جامعة روتشستر، “عادة يبقى المعدن معدنا، ومن المستبعد جدا تحويله إلى مادة عازلة للكهرباء. ولكن هذه المادة تتحول من مادة عازلة، إلى مادة معدنية موصلة وبالعكس. إنها حالة نادرة جدا”؟
واكتشف الباحثون من دراستهم لهذه الحالة الغريبة والنادرة، أن السبب يعود إلى اللف المغزلي (spin)‏ لإلكترونات الشبكة البلورية لكبريتيد المنغنيز. أي أن الإلكترونات تدور حول محورها. ففي الحالة الطبيعية تدور الإلكترونات بسرعة كبيرة ولا تسمح للإلكترونات الأخرى بالاقتراب منها، ولا تسمح لها بالمرور بحرية. لذلك ، تكون للمادة خصائص عازلة.

ولكن عندما تخضع لضغط كبير، تقترب إلكترونات الشبكة البلورية من بعضها البعض وتنخفض سرعة دورانها كثيرا، وتشكل أزواجا من الإلكترونات، ما يتيح الفرصة لمرور الإلكترونات الحرة، لتصبح مادة موصلة للتيار الكهربائي. ومع زيادة الضغط تبقى سرعة الإلكترونات منخفضة، مع ان المادة تصبح عازلة من جديد.

ومن المثير للاهتمام ، أن مقاومة كبريتيد المنغنيز للتيار الكهربائي تنخفض في درجة حرارة الغرفة بصورة حادة، بمقدار 100 مليون مرة، عندما يزداد الضغط على المادة من ثلاثة إلى عشرة غيغا باسكال.

ويعتقد الباحثون، أن الظواهر الجديدة التي اكتشفوها، هي أساسية جدًا، وستجد مكانا في كتب ومناهج الفيزياء المدرسية.

ويقول الباحث أشكان سلامات من جامعة نيفادا في لاس فيغاس، “يثير سلوك الكبريت عند ارتباطه بعناصر أخرى الاهتمام. وهذا أدى إلى اكتشافات رائعة“.

وعموما يمكن القول، أن تغير الخصائص الالكترونية للمادة، تحت تأثير الضغط، يمكن استخدامها في وحدات الذاكرة الوميضية (USB flash drive)، و القرص الصلب.