العلماء يستكشفون تراكيب بلورية لم يسبق رؤيتها من قبل باستخدام كيمياء غير متوقعة!

فالمركبات التي لا تتشكل بالطرق العادية، لها هياكل بلورية لم نكن نملكها أبدا. وشوهدت من قبل، ويمكن أن تعمل كموصلات فائقة في درجات حرارة معينة.

وهذه المركبات هي Li14Cs وLi8Cs وLi7Cs وLi6Cs، وكلها تتكون من الليثيوم (Li) والسيزيوم (Cs) - ولكن ليس بالطريقة التقليدية. الأربعة جميعها عبارة عن موصلات فائقة، ما يعني أن الكهرباء يمكن أن تتدفق من خلالها دون مقاومة أو فقدان للطاقة.

واستخدم العلماء الذين أجروا الدراسة خوارزمية خاصة للتنبؤ بالبنية البلورية تسمى USPEX (توقع الهيكل العالمي: التطور Xtallography) للعثور على هذه المركبات الجديدة. وتُعرف باسم الخوارزمية التطورية، باستخدام مجموعة من الأساليب لمعرفة كيفية ارتباط الذرات بعضها ببعض.

وفي هذه الحالة، تم استخدام USPEX لتحليل كيفية تأثير الضغط العالي على الكهربية، وهي مدى قوة جذب الذرات في عنصر كيميائي للإلكترونات وتمسكها.

ويقول عالم المواد أرتيوم أوغانوف، من معهد سكولكوفو للعلوم والتكنولوجيا في روسيا: "في ظل الظروف العادية، إذا كان هناك أي شيء نتوقع أن يجذب الليثيوم إلكترونات السيزيوم، وهو العنصر الأكثر حساسية للكهرباء في الجدول الدوري كما يعرفه معظم الناس: من المفترض أن يتخلى عن الإلكترونات، فترة. ومع ذلك، فإن العكس هو الصحيح. السيزيوم يمسك إلكترونات الليثيوم، وهذا السلوك الكيميائي غير العادي للغاية يؤدي إلى تكوين المركبات الأربعة الجديدة".

إقرأ المزيد

الخلايا الأكولة المهندسة وراثيا قد تكون مفتاح القضاء على سرطانات الأورام الصلبة

ويوجد لدى اثنين من هذه المركبات، Li14Cs وLi6Cs، هياكل بلورية لم يتم رؤيتها من قبل. وهذا نادر في المركبات التي تتكون فقط من عنصرين، ما يجعل هذا الاكتشاف غير متوقع وأكثر بروزا.

وبالنسبة إلى الموصلية الفائقة، فإن هذه المركبات ستصبح موصلات فائقة بين درجات حرارة تتراوح بين سالب 223 درجة مئوية إلى سالب 213 درجة مئوية (سالب 369.4 درجة فهرنهايت إلى سالب 351.4 درجة فهرنهايت)، كما يتوقع الباحثون.

ويمكن أن يجعلها مفيدة للرقائق الدقيقة فائقة السرعة لمواد شبكة الطاقة فائقة الكفاءة، إذا تمكنا من معرفة كيفية بناء الموصلات الفائقة عمليا من هذه المركبات المكتشفة حديثا.

وبالتأكيد، من وجهة نظر تكنولوجية، فإن درجات الحرارة الحرجة هذه ليست جيدة مقارنة بما رأيناه في البولي هيدريد - المركبات الغنية بالهيدروجين لبعض المعادن، كما يقول أوغانوف. ومع ذلك، فإن هذه الدراسة تعمق فهمنا لكيمياء الليثيوم، والليثيوم على هذا النحو يمكن أن يكون مثيرا للاهتمام بالنسبة إلى الموصلية الفائقة، ربما في شكل مركب ليثيد افتراضي - حتى الآن لا نعرف ما إذا كان موجودا أو كيفية تهجئته.

وتعتبر المركبات المعدنية مثل هذه مفيدة في مجموعة متنوعة من المواقف، خاصة عندما تكون هناك حاجة إلى قوة عالية ومقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة. ويمكن أيضا تقديم خصائص معينة غير موجودة في العناصر المكونة منها.

وبينما لا يتم توقع هذه المركبات الجديدة إلا في الوقت الحالي، فإنها تفتح مجالات جديدة للعلماء لاستكشافها في المستقبل - والتنبؤ بها مسبقا يعني أنه يمكننا تحديد المواد التي ستكون مفيدة للغاية بشكل أسرع.

وكتب أوغانوف وزملاؤه في بحث سابق نُشر في حسابات الأبحاث الكيميائية: "بمجرد معرفة التركيب البلوري لمادة كيميائية، يمكن التنبؤ بالعديد من الخصائص بشكل موثوق وروتيني. لذلك إذا تمكن الباحثون من التنبؤ بالبنية البلورية للمادة قبل تصنيعها، فيمكنهم تسريع اكتشاف مواد جديدة بشكل كبير".

ونشر البحث في Nano Letters.

المصدر: ساينس ألرت