باحثون يكتشفون مادة جديدة ذات خصائص كمومية فريدة
وتتكون من عناصر البلاديوم، والألمنيوم، واليود، وتتميز بأنها معدنية ومستقرة في الهواء الجوي ودرجة حرارة الغرفة، ويمكن تقشيرها إلى طبقات بسمك ذرة واحدة، ما يجعلها مناسبة للتطبيقات في الإلكترونيات ثنائية الأبعاد.
وعلى الرغم من أن البنية البلورية للمادة تبدو تقليدية ظاهرياً، إلا أن الفريق البحثي اكتشف أن توزيع المدارات الذرية يشكّل نمطاً شبيهاً بشبكة "ليب".
وشبكة "ليب" هي نموذج هندسي فريد في علم المواد يستند إلى شبكة مربعة تقليدية ولكن مع إضافة ذرات في منتصف بعض الأضلاع، ما يؤدي إلى تكوين نمط شبكي غير تقليدي ينتج عنه خصائص إلكترونية غريبة وغير متوقعة.
وفي هذا النوع من الشبكات، لا تنتظم الإلكترونات بطريقة تقليدية، فالإلكترونات تجد نفسها غير قادرة على الاستقرار في توزيع طاقي مريح، ما يدفعها إلى التصرف بشكل جماعي وبطريقة تتحدى قواعد الفيزياء الكلاسيكية.
شبكة ليب
من الناحية النظرية، فهذا النوع من الشبكات يمكن أن يؤدي إلى ظهور نطاقات طاقة مسطحة، وهي حالات تكون فيها الإلكترونات محصورة طاقياً ولا تتحرك بحرية، ما يُهيئ البيئة لظهور ظواهر كمومية مثيرة مثل "الموصلية الفائقة"، و"المغناطيسية الكمومية".
وقبل الدراسة الجديدة؛ كانت شبكة "ليب" مجرد نموذج نظري يتم التعامل معه في المحاكاة الحاسوبية أو في أنظمة بصرية اصطناعية.
لكن الاكتشاف الجديد في جامعة كولومبيا غيّر هذا الواقع، إذ أظهرت الدراسة أن التركيب الكيميائي للمادة الجديدة Pd₅AlI₂ يؤدي بشكل غير مباشر إلى تشكيل نمط مداري يشبه شبكة "ليب" تماماً، لكن ليس نتيجة للهندسة البلورية، بل نتيجة تفاعل المدارات الذرية معاً لتكوين نمط يشبه رقعة الشطرنج.
هناك نماذج نظرية عديدة اقترحت إمكانية أن تكون المدارات سبباً في عرقلة حركة الإلكترون الكمومي، لكننا الآن نملك أول دليل مادي ملموس. هذا سيغيّر قواعد اللعبة
أرافيند ديفاراكوندا الفيزيائي التطبيقي في كلية الهندسة بجامعة كولومبيا الأميركية
وبحسب الدراسة المنشورة في دورية "نيتشر فيزيكس" (Nature Physics) فإن تلك المادة أول توثيق علمي لظاهرة تُعرف باسم "عرقلة حركة الإلكترون"، وهي حالة لا تستطيع فيها الإلكترونات الاستقرار في مواقعها بسبب تعارضات داخلية في التوزيع المداري، ما يؤدي إلى سلوكيات جماعية غير مألوفة في عالم الفيزياء.
ويفتح الاكتشاف آفاقاً جديدة لتصميم مواد فائقة التوصيل ومغناطيسات متقدمة دون الحاجة إلى المعادن النادرة، ويعيد النظر في العلاقة بين الكيمياء والفيزياء في بناء المواد المستقبلية.
لطالما عُرفت ظاهرة "عرقلة حركة الإلكترون" في علم الفيزياء بأنها حالة لا تستطيع فيها الجسيمات -مثل الإلكترونات- الوصول إلى حالة استقرار طاقي مع بعضها البعض بسبب قيود في البنية البلورية للمادة، خاصة في الشبكات المثلثية أو المربعة، ويمكن لهذه القيود أن تحاصر الإلكترونات في أوضاع طاقية غير مستقرة، ما يؤدي إلى ظهور سلوكيات جماعية كمومية، مثل الموصلية الفائقة أو الترتيبات المغناطيسية غير التقليدية.
لكن في هذا الاكتشاف الجديد، لم يكن مصدر عرقلة حركة الإلكترون هو الشكل الهندسي للمادة، بل المدارات الذرية نفسها، وهي المناطق التي يُسمح للإلكترونات بأن تتحرك فيها حول أنويتها داخل الذرات.
نطاقات مسطحة
وفي أثناء العمل على دراسة مادة Pd₅AlI₂، لاحظ المؤلف المشارك في الدراسة، أرافيند ديفاراكوندا، الفيزيائي التطبيقي في كلية الهندسة بجامعة كولومبيا الأميركية، ميزة إلكترونية غير عادية تشبه ما يُعرف بـ"نطاقات الطاقة المسطحة" حيث تُجبر الإلكترونات على مشاركة نفس الطاقة، ما يجعلها عرضة لسلوكيات كمومية متطرفة.
ونطاقات الطاقة المسطحة هي مفهوم فيزيائي يتعلق بكيفية توزيع طاقات الإلكترونات داخل مادة صلبة، خصوصاً في المواد ذات البنية البلورية المعقدة أو الخصائص الكمومية.
ولفهمها ببساطة، تخيّل أن نطاقات الطاقة في المواد العادية مثل سلالم تصعد وتنزل كل "درجة" تُمثّل طاقة يمكن للإلكترون أن يتحرك خلالها بسهولة. لكن في النطاق المسطح، لا يوجد صعود أو نزول، فالسلم كله أفقي تماماً.
ويعني هذا أن جميع الإلكترونات الموجودة في هذا النطاق تمتلك الطاقة نفسها بالضبط، وأن الإلكترونات "لا تتحرك" بحرية كما تفعل عادة، بل تصبح محبوسة أو محلية، لكن ورغم هذا التقييد، يمكن أن تظهر سلوكيات جماعية غريبة جداً نتيجة تفاعل الإلكترونات مع بعضها.
وتُعد النطاقات المسطحة هدفاً رئيسياً في علم المواد الكمومية، لأنها غالباً ما تؤدي إلى ظواهر مثل الموصلية الفائقة أو العزل الطوبولوجي. وقد كان يُعتقد أن تحقيق هذه الحالة يتطلب تراكيب بلورية معقدة أو ظروفاً اصطناعية محددة.
ويأمل العلماء أن يمهّد هذا الاكتشاف الطريق نحو ابتكار مواد جديدة ذات خصائص كمومية يمكن التحكم بها، ما يفتح آفاقاً واسعة لتطبيقات تكنولوجية مستقبلية مثل تطوير حساسات دقيقة تستفيد من دوران الإلكترون لرصد التغيرات البيئية، وصناعة مغناطيسات تعمل في درجة حرارة الغرفة دون الحاجة إلى معادن نادرة، بالإضافة إلى تصميم موصلات فائقة الكفاءة في درجات حرارة أعلى من المتاح حالياً.
كما يخطط الباحثون لدمج هذه المادة مع طبقات ثنائية الأبعاد أخرى بهدف ابتكار أجهزة إلكترونية غير مسبوقة. وتكمن ميزة إضافية في قدرة هذه المادة على التقشر إلى طبقة ذرية مع احتفاظها بخواصها المعدنية، ما يجعلها مرشحة مثالية للإلكترونيات المستقبلية فائقة الرقة والكفاءة.
وقال الباحثون إن الدراسة كسرت أحد الحواجز الكلاسيكية بين تخصصَي الفيزياء والكيمياء، حيث أثبت الفريق أن خصائص المدارات -وهي موضوع مركزي في الكيمياء- يمكن أن تفسر سلوكيات كمومية معقدة كانت تُنسب دائماً إلى التراكيب البلورية.
وأضاف ديفاراكوندا: "هناك نماذج نظرية عديدة اقترحت إمكانية أن تكون المدارات سبباً في عرقلة حركة الإلكترون الكمومي، لكننا الآن نملك أول دليل مادي ملموس. هذا سيغيّر قواعد اللعبة".
وأشار الباحثون إلى أن اكتشاف عرقلة حركة الإلكترون في مادة Pd₅AlI₂ لا يقتصر فقط على كونه كشفاً علمياً مثيراً، بل يُمثّل نقطة انطلاق جديدة نحو عالم من المواد المصممة خصيصاً للتحكم في السلوكيات الكمومية.
ومع التطورات السريعة في مجالات الحوسبة، والذكاء الاصطناعي، والإلكترونيات النانوية، فإن هذه المواد قد تكون العنصر الحاسم في صناعة الجيل القادم من التكنولوجيا الكمومية.
هاشتاغز
جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا
اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:
التعليقات
لا يوجد تعليقات بعد...
أخبار ذات صلة
الشرق الأوسط
منذ 4 ساعات
- الشرق الأوسط
وسط قدرته على تجديد عينيه... الحلزون يفتح باباً أمام علاجات لاستعادة البصر
كشفت دراسة جديدة أن قدرة الحلزون على إعادة نمو عينيه بعد بترهما قد تُمكّن البشر يوماً ما من ابتكار علاج لبعض أشكال العمى، وفقاً لصحيفة «التليغراف». يتمتع حلزون التفاح بقدرة فريدة على تجديد عينيه، اللتين تشبهان عيون الإنسان. اكتشف العلماء الذين يدرسون عملية إعادة النمو أن الجين المسؤول على الأرجح عن استعادة البصر في هذا الرخوي يُسمى «pax6»، وهو موجود لدى البشر أيضاً. كتب العلماء في دراستهم: «تكشف دراساتنا أن (pax6)، كما هو الحال لدى البشر، ضروري لنمو العين لدى حلزون التفاح، مما يجعله كائناً بحثياً لكشف آليات تجديد العين التي تشبه الكاميرا». يُوسّع هذا العمل فهمنا لتجديد الأعضاء الحسية المعقدة، ويُتيح لنا فرصةً لاستكشاف هذه العملية. ويأمل العلماء دراسة هذا الجين بمزيد من التفصيل لمعرفة ما إذا كان بإمكانه أن يُمهّد الطريق لعلاجات مستقبلية لمشاكل البصر لدى البشر. من المعروف أن القواقع تُعيد نمو رؤوسها منذ القرن الثامن عشر، لكن أحدث الأبحاث تُعدّ الأولى التي تُحدد بشكل كامل عملية تجديد العين لدى الحيوان. وحلزون التفاح هو الحيوان الوحيد ذو مقلة عين تشبه مقلة العين البشرية، وهو معروف بقدرته على التجدد. يحتوي هذا النوع من العيون على قرنية وعدسة وشبكية، ويوجد في جميع الفقاريات، بالإضافة إلى العناكب والحبار وبعض القواقع. قالت الدكتورة أليس أكورسي، مؤلفة الدراسة والأستاذة المساعدة في علم الأحياء الجزيئي والخلوي بجامعة كاليفورنيا: «لقد بذلنا جهداً كبيراً لإثبات أن العديد من الجينات التي تُشارك في نمو عين الإنسان موجودة أيضاً في الحلزون». وأضافت: «بعد التجدد، يكون شكل العين الجديدة وتعبيرها الجيني مطابقَين تقريباً للعين الأصلية». وجدت الدراسة أن مكونات العين لدى القواقع أعادت نموها خلال 15 يوماً، ثم نضجت لعدة أسابيع أخرى. لكن أكورسي صرّحت بأنه لا يوجد دليل قاطع على قدرة القواقع على الرؤية من خلال العين الجديدة. وستسعى الأبحاث المستقبلية إلى تأكيد ذلك. ووُجد أن جين «pax6» أساسي في كيفية نمو العيون، وستُجرى متابعة لمعرفة ما إذا كان له دورٌ فعالٌ أيضاً في تجديدها. قالت أكورسي: «إذا وجدنا مجموعةً من الجينات المهمة لتجديد العين، وهذه الجينات موجودةٌ أيضاً في الفقاريات، يُمكننا نظرياً تنشيطها لتمكين العين من التجدُّد لدى البشر».
صحيفة سبق
منذ 15 ساعات
- صحيفة سبق
"قفزة في الذكاء"… OpenAI تطلق GPT-5 بقدرات محسّنة في البرمجة والصحة وتقليل الهلوسة
أعلنت شركة OpenAI اليوم عن إطلاق نموذج الذكاء الاصطناعي الجديد GPT-5، واصفةً إياه بأنه "نقلة نوعية" في الذكاء، مع تحسينات كبيرة في دقة المعلومات، وفهم الأوامر، وتقليل المبالغة والمجاملات. ويتميّز GPT-5 بتحسينات شاملة في عدد من المجالات الحيوية، من أبرزها: • البرمجة والتطوير: يُعد GPT-5 أفضل نموذج ترميز أنتجته الشركة حتى الآن، مع قدرة أقوى على كتابة واجهات المستخدم المعقدة، وتصحيح أخطاء مستودعات الأكواد الكبيرة. • الصحة والكتابة الرياضية: أصبح النموذج أكثر دقة في الإجابة على الأسئلة الطبية، كما أظهر أداءً محسناً في مسائل الرياضيات والتحليل الكتابي. • الذكاء البصري والتفكير المتقدم: GPT-5 قادر على فهم الصور بشكل أدق، ويقوم بتحليل أكثر عمقًا قبل الرد. وبحسب OpenAI، فإن GPT-5 يقلل من احتمالية "الهلوسة" أو تقديم معلومات خاطئة بنسبة 45% عند تفعيل ميزة البحث في الويب، كما أن ردوده أثناء "التفكير" أقل عرضة للأخطاء بنسبة 80٪ مقارنة بالنموذج o3. كما يتمتع GPT-5 بميزة أكثر صدقًا في التفاعل، حيث يُظهر شفافية أكبر عند مواجهة طلبات غير ممكنة أو غير واضحة أو تتطلب أدوات غير متاحة. أضافت OpenAI أربع شخصيات مميزة يمكن للمستخدمين اختيارها أثناء استخدام GPT-5، وهي: • المتشكك (Cynic) • الروبوت (Robot) • المستمع (Listener) • المهووس بالمعرفة (Nerd) هذه الشخصيات اختيارية وتمنح المستخدم تحكمًا أوسع في كيفية تفاعل النموذج معه. النموذج متاح لجميع مستخدمي ChatGPT، بينما يتمتع مشتركو خطة Plus بأولوية في الاستخدام قبل الوصول للحد المسموح، ويحصل مشتركو خطة Pro على نسخة GPT-5 Pro المدعومة بقدرات تفكير واستنتاج ممتدة. عند بلوغ الحد الأقصى، يتم التبديل تلقائيًا إلى نسخة مصغّرة من GPT-5 لاستكمال الاستفسارات المتبقية. الجدير بالذكر أن GPT-5 يحل محل النماذج السابقة: GPT-4o، OpenAI o3، o4-mini، GPT-4.1، وGPT-4.5.
الرجل
منذ 21 ساعات
- الرجل
دراسة علمية تكشف عن خطورة الاصطدام بالكويكبات مقارنة بالمخاطر اليومية الأخرى
في دراسة جديدة أجراها علماء من كلية أولين للهندسة باستخدام بيانات ناسا، تبين أن احتمالات الوفاة بسبب الاصطدام بالكويكبات أكثر من المتوقع. وقد كشف الباحثون أن هناك حوالي 22,800 جسم قريب من الأرض (NEOs) يبلغ قطره 140 مترًا أو أكثر، مما يزيد من احتمالية الاصطدام بكويكب. وبافتراض أن الاصطدام قد يقتل شخصًا واحدًا من كل 1000 شخص، فإن الاحتمالات الفعلية للوفاة بسبب الاصطدام بالكويكبات هي واحدة من بين 156,000. بالمقارنة مع خطر الوفاة بسبب ضربة صاعقة، فإن الفرصة للموت نتيجة صاعقة أقل قليلاً، حيث تكون فرصة الموت نتيجة لضربة صاعقة واحدة من بين 163,000. ومع ذلك، تشير الدراسات إلى أن هناك العديد من المخاطر الأخرى في حياتنا اليومية التي تفوق احتمالية الموت بسبب كويكب. يشير العلماء إلى أن احتمال الوفاة بسبب حادث سيارة أكبر بكثير، حيث أن هناك فرصة سنوية بنسبة 0.0091% أن يصطدم كويكب يصل قطره إلى 140 مترًا بالأرض. وبالتالي، الاحتمالات تزيد بشكل كبير على مدار حياة أي شخص، ويقدر الباحثون أن الاحتمال هو واحد من بين 156 أن يصطدم كويكب بالأرض خلال الحياة البشرية. إذا وقع الاصطدام، فإن الأضرار يمكن أن تكون كارثية، حيث يمكن أن تتسبب الكويكبات في انفجارات أكبر بكثير من القنابل التي سقطت على هيروشيما وناجازاكي في الحرب العالمية الثانية. مقارنة الاصطدام بالكويكبات مع المخاطر اليومية في المقابل، يبدو أن العديد من المخاطر اليومية التي نواجهها أكثر تهديدًا لحياتنا من الاصطدام بكويكب. وفقًا للدراسة، وجد الباحثون أن هناك احتمالًا أكبر بكثير للوفاة بسبب أمراض مثل التسمم بأول أكسيد الكربون أو الإصابة بالإنفلونزا. فرص الوفاة بسبب تسمم أول أكسيد الكربون تقدر بحوالي واحدة من بين 66، في حين أن خطر الوفاة بسبب الإنفلونزا يشكل أيضًا تهديدًا أكبر من الاصطدام بكويكب. فوفقًا للدراسات، فإن الإنفلونزا تقتل حوالي واحد من كل 1000 شخص سنويًا، وهي بنفس خطورة تأثير الاصطدام بكويكب 140 مترًا. ومع ذلك، بينما يصعب تجنب الكويكبات، من السهل الوقاية من الأمراض مثل الإنفلونزا. إلى جانب ذلك، فإن القيادة تعد من أكبر المخاطر التي تهدد حياتنا، حيث يُصاب ثلث الأشخاص في حادث سيارة طوال حياتهم، ومع وجود فرصة واحدة من كل 100 حادث أن يكون مميتًا، فإن فرصة الوفاة بسبب حادث سيارة تقدر بحوالي واحد من كل 273 حادثًا. دراسة علمية تكشف عن خطورة الاصطدام بالكويكبات مقارنة بالمخاطر اليومية الأخرى - shutterstock كيف يمكن للبشر تغيير مسار الكويكبات باستخدام تقنية DART؟ في حين أن الاصطدام بكويكب يبدو تهديدًا غير قابل للتجنب، إلا أن علماء ناسا قد أظهروا في مهمتهم DART عام 2022 أن البشر قادرون على تغيير مسار الكويكبات المتجهة نحو الأرض. في هذه المهمة، تم ضرب كويكب Dimorphos بواسطة قمر صناعي سريع الحركة بهدف تحريكه عن مساره باستخدام تقنية تسمى "الضربة الحركية". يمكن لهذه التقنية تغيير سرعة الكويكب بشكل طفيف، ولكن عند تنفيذها قبل الاصطدام المتوقع، فإن هذا التغيير البسيط يمكن أن يتحول إلى تحوّل كبير في مسار الكويكب بمرور الوقت، مما يمنع الاصطدام بكوكب الأرض. رغم أن هذه المهام تتطلب سنوات من التخطيط واستثمارات ضخمة، فإن العلماء يعتقدون أن الاصطدام بالكويكبات يمكن الوقاية منه تقنيًا.
