عيب في الألماس يفتح الباب أمام بطاريات كمية أكثر كفاءة
ويهدف هذا التصميم إلى حل مشكلة فقدان الطاقة التلقائي، وهو أحد أكبر التحديات التي تواجه تطبيق البطاريات الكمومية في الحياة العملية.
وتستفيد البطاريات الكمومية من خصائص فيزياء الكم مثل التشابك والتراكب، ما يمكّنها من شحن أسرع وتوفير طاقة أكبر مقارنة بالبطاريات التقليدية. لكن أداؤها في الظروف الحقيقية كان حتى الآن محدودا بسبب ظاهرة فقدان التماسك الكمومي، التي تؤدي إلى ما يعرف بالتفريغ الذاتي أو فقدان الطاقة المخزنة.
وبهذا الصدد، اقترح باحثو جامعة هوبي والأكاديمية الصينية للعلوم وجامعة لانزو، تصميما يعتمد على مركز النيتروجين الشاغر (NV) في الألماس. ويعمل دوران الإلكترون في هذا المركز كنواة للبطارية الكمومية، ما يسمح بالتحكم في تخزين الطاقة والحفاظ عليها لفترة أطول.
ووُجد أن مركز النيتروجين الشاغر قادر على كبح التفريغ الذاتي دون الحاجة إلى تحكم خارجي أو شاحن كمي معقد، ما يجعل التصميم أكثر فعالية وعملية.
وأوضح جون هونغ آن، المعد الرئيسي المشارك في الدراسة، أن الحلول السابقة لكبح التفريغ الذاتي كانت تعتمد على شاحن كمي، ما يقلل من كفاءة النظام بسبب تداخل التشابك.
ويعتمد التصميم الجديد على الخصائص الكمومية الداخلية، لا سيما التفاعل الدقيق بين إلكترون المركز ونواة النيتروجين، الذي يسمح بتحسين نسبة الطاقة المتماسكة إلى الطاقة الكلية، وبالتالي زيادة فترة احتفاظ البطارية بالطاقة.
وهذا النهج يعالج التحديين الرئيسيين للبطاريات الكمومية: فقدان التماسك أثناء الشحن، وفقدان الطاقة التلقائي أثناء التخزين.
يذكر أن مركز النيتروجين الشاغر هو عيب ذري خاص يوجد داخل شبكة الكربون البلورية للألماس، ويعتبر من أشهر العيوب المفيدة في فيزياء الكم والتقنيات النانوية، ويُستخدم في تقنيات الاستشعار الكمومي والحوسبة، ويتميز باستقرار عالي عند درجة حرارة الغرفة، ما يجعله منصة واقعية لتطوير الأجهزة الكمومية.
ومع تزايد الاهتمام بالديناميكا الحرارية الكمومية، قد يفتح هذا الابتكار الباب أمام تطوير بطاريات كمية أسرع وأنظف وأكثر كفاءة، مدعومة بفيزياء الكم.
نشرت الدراسة في مجلة Physical Review Letters.
هاشتاغز
جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا
اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:
التعليقات
لا يوجد تعليقات بعد...
أخبار ذات صلة
أخبار السياحة
منذ 2 أيام
- أخبار السياحة
عيب في الألماس يفتح الباب أمام بطاريات كمية أكثر كفاءة
ابتكر فريق من الباحثين طريقة جديدة واعدة لتصميم بطاريات كمية تدوم لفترة أطول عبر استغلال عيب معروف في الألماس. ويهدف هذا التصميم إلى حل مشكلة فقدان الطاقة التلقائي، وهو أحد أكبر التحديات التي تواجه تطبيق البطاريات الكمومية في الحياة العملية. وتستفيد البطاريات الكمومية من خصائص فيزياء الكم مثل التشابك والتراكب، ما يمكّنها من شحن أسرع وتوفير طاقة أكبر مقارنة بالبطاريات التقليدية. لكن أداؤها في الظروف الحقيقية كان حتى الآن محدودا بسبب ظاهرة فقدان التماسك الكمومي، التي تؤدي إلى ما يعرف بالتفريغ الذاتي أو فقدان الطاقة المخزنة. وبهذا الصدد، اقترح باحثو جامعة هوبي والأكاديمية الصينية للعلوم وجامعة لانزو، تصميما يعتمد على مركز النيتروجين الشاغر (NV) في الألماس. ويعمل دوران الإلكترون في هذا المركز كنواة للبطارية الكمومية، ما يسمح بالتحكم في تخزين الطاقة والحفاظ عليها لفترة أطول. ووُجد أن مركز النيتروجين الشاغر قادر على كبح التفريغ الذاتي دون الحاجة إلى تحكم خارجي أو شاحن كمي معقد، ما يجعل التصميم أكثر فعالية وعملية. وأوضح جون هونغ آن، المعد الرئيسي المشارك في الدراسة، أن الحلول السابقة لكبح التفريغ الذاتي كانت تعتمد على شاحن كمي، ما يقلل من كفاءة النظام بسبب تداخل التشابك. ويعتمد التصميم الجديد على الخصائص الكمومية الداخلية، لا سيما التفاعل الدقيق بين إلكترون المركز ونواة النيتروجين، الذي يسمح بتحسين نسبة الطاقة المتماسكة إلى الطاقة الكلية، وبالتالي زيادة فترة احتفاظ البطارية بالطاقة. وهذا النهج يعالج التحديين الرئيسيين للبطاريات الكمومية: فقدان التماسك أثناء الشحن، وفقدان الطاقة التلقائي أثناء التخزين. يذكر أن مركز النيتروجين الشاغر هو عيب ذري خاص يوجد داخل شبكة الكربون البلورية للألماس، ويعتبر من أشهر العيوب المفيدة في فيزياء الكم والتقنيات النانوية، ويُستخدم في تقنيات الاستشعار الكمومي والحوسبة، ويتميز باستقرار عالي عند درجة حرارة الغرفة، ما يجعله منصة واقعية لتطوير الأجهزة الكمومية. ومع تزايد الاهتمام بالديناميكا الحرارية الكمومية، قد يفتح هذا الابتكار الباب أمام تطوير بطاريات كمية أسرع وأنظف وأكثر كفاءة، مدعومة بفيزياء الكم. نشرت الدراسة في مجلة Physical Review Letters.
أخبار السياحة
منذ 4 أيام
- أخبار السياحة
العثور على مرقد أمير كوري رهينة في الصين
اكتشف علماء آثار من أكاديمية شنشي للآثار مرقد الأمير كيم يونغ، من مملكة شيلا الكورية القديمة، والذي كان رهينة في الصين. وتشير وكالة أنباء الصين (CNS) إلى أن العلماء عثروا على المرقد أثناء أعمال التنقيب الجارية في شمال غرب الصين، على بعد نحو كيلومترين شمال تشانغآن، العاصمة القديمة للسلالة الحاكمة. وقد تبيّن أن المرقد مبني على شكل سكين برأس مدبب متجه نحو الجنوب. ويتكوّن من ممر، ورواق، وممر عمودي مع فتحة في السقف، ونفق، وعدد من الغرف المحفورة في الأرض على عمق 4.5 متر. ويبلغ الطول الإجمالي للهيكل 10.4 أمتار. وعلى الرغم من تعرّض المرقد للنهب جزئيا، فإنه لا يزال يحتفظ بعدد كبير من القطع الجنائزية — 83 قطعة إجمالا، من بينها 22 تمثالا خزفيا تصوّر ملوكا سماويين، وحراسا، وفرسانا، بالإضافة إلى 58 تمثالا طينيا لحيوانات أليفة تشمل الجمال، والخيول، والماشية، والخنازير، والدجاج، فضلا عن إناء على شكل معبد، وعملات نحاسية، ونقش على شاهد قبر. وقد ساعد هذا النقش في تحديد هوية المتوفى بدقة. وقد أثار انتباه العلماء بشكل خاص النقش الموجود على شاهد القبر، المصنوع من حجر أزرق ومغطى بغطاء على شكل قبة مزخرفة بنقوش من السحب والزهور. ويحتوي هذا النقش، المكتوب بالخط الصيني القديم الشائع آنذاك، على 557 رمزا هيروغليفيا يروي قصة حياة كيم يونغ. ووفقا لما ورد في النقش، وُلد كيم يونغ عام 747 وتوفي عام 794 عن عمر يناهز 48 عاما. وكان ينتمي إلى عائلة نبيلة من مملكة شيلا أرسلت إلى الصين كرهائن سياسيين، في ممارسة كانت شائعة خلال عهد أسرة تانغ. وقد خدم أفراد عائلته في الإدارة الصينية لثلاثة أجيال. أما كيم يونغ نفسه، فقد شارك في بعثات واحتفالات دبلوماسية، وتولى مسؤولو أسرة تانغ تنظيم جنازته بدعم من البلاط الإمبراطوري. ومن العناصر غير المعتادة في نقش الضريح، ذِكر زوجة كيم يونغ، التي كانت تنحدر من عائلة صينية نافذة هي أسرة وانغ، وكانت ابنة قاضي مقاطعة يانشي. وتؤكد هذه الحقيقة أن رهائن شيلا كثيرًا ما كانوا يتزوجون من نبلاء صينيين، ما عزز الروابط السياسية والثقافية بين البلدين. وبحسب الباحثين، لم يكن الرهائن من الأمراء، مثل كيم يونغ، مجرد ضمان للولاء، بل كانوا أيضا قنوات فاعلة للتبادل الثقافي. فمن خلال تلقيهم التعليم وتوليهم مناصب في البلاط، أصبحوا جزءا من النخبة الصينية، وشكّلوا حلقة وصل مهمة في العلاقات الدبلوماسية بين أسرتي تانغ وشيلا.
أخبار السياحة
منذ 4 أيام
- أخبار السياحة
غوتيريش: العالم على أعتاب ثورة مناخية بنهاية عصر الوقود الأحفوري
أكد أنطونيو غوتيريش، الأمين العام للأمم المتحدة، في كلمة ألقاها يوم الثلاثاء، أن العالم يقف على حافة تحول تاريخي في معركة المناخ. وقال غوتيريش، إن الوقود الأحفوري يفقد هيمنته تدريجيا أمام الطفرة غير المسبوقة في الطاقة المتجددة. وتشير أحدث البيانات الصادرة عن الوكالة الدولية للطاقة المتجددة إلى تحول جذري في المعادلة الاقتصادية للطاقة. فأكثر من 90% من مشاريع الطاقة المتجددة حول العالم أصبحت الآن أكثر تنافسية من حيث التكلفة مقارنة بمصادر الطاقة التقليدية. وتكشف الأرقام أن تكلفة الطاقة الشمسية انخفضت بنسبة مذهلة تصل إلى 41% مقارنة بأرخص بدائل الوقود الأحفوري، بينما أصبحت طاقة الرياح البرية تعادل أقل من نصف تكلفة المصادر التقليدية. وهذا التحول الكبير لم يأت من فراغ، بل جاء نتيجة عوامل متداخلة تشمل التوسع الكبير في اعتماد التقنيات النظيفة، والاستثمارات الضخمة في قطاع التصنيع المنخفض الكربون، خاصة في الصين التي أصبحت رائدة في هذا المجال. وتشير الإحصاءات إلى أن الاستثمارات العالمية في الطاقة المتجددة بلغت مستوى قياسيا قدره تريليوني دولار في العام الماضي، متجاوزة بذلك استثمارات الوقود الأحفوري بمقدار 800 مليار دولار، وهو ما يمثل زيادة بنسبة 70% خلال العقد الماضي فقط. وفي هذا السياق، أفاد غوتيريش: 'لقد وصلنا إلى نقطة التحول. الوقود الأحفوري يقترب من نهاية طريقه، بينما تشرق شمس عصر الطاقة النظيفة'. وأكد أن التحول نحو مصادر الطاقة المتجددة لم يعد مجرد خيار بيئي، بل أصبح ضرورة استراتيجية توفر الأمن الطاقي وتحمي الاقتصادات من تقلبات الأسعار والاضطرابات الجيوسياسية. لكن هذه الصورة المتفائلة لا تخلو من التحديات. فمع تزايد الطلب على الطاقة بسبب ارتفاع درجات الحرارة وانتشار مراكز البيانات الخاصة بالذكاء الاصطناعي، تبرز مخاوف جدية حول قدرة البنية التحتية للطاقة على مواكبة هذا التحول. وتكشف التقارير عن خلل كبير في توزيع الاستثمارات، حيث يتم إنفاق 60 سنتا فقط على شبكات الكهرباء مقابل كل دولار يستثمر في توليد الطاقة النظيفة، بينما يجب أن تكون القيمة متساوية لضمان انتقال ناجح. وأمام هذه المعطيات، يبدو المستقبل واعدا لكنه غير مضمون. فبينما تتصاعد الدعوات للتخلي عن دعم الوقود الأحفوري الذي يتجاوز مليارات الدولارات سنويا، ما تزال بعض القوى الكبرى تتمسك بمصالحها التقليدية. وفي الوقت نفسه، تبرز الحاجة الملحة لتعزيز التعاون الدولي وضمان تمويل عادل يسمح للدول النامية بالمشاركة في هذه الثورة الطاقية. وهذا التحول التاريخي، الذي يجمع بين الضرورة البيئية والمنطق الاقتصادي، يضع العالم أمام خيار لا لبس فيه: إما المضي قدما نحو مستقبل أنظف وأكثر استقرارا، أو التمسك بنموذج طاقي أصبحت عيوبه تفوق بكثير مزاياه. ودعا غوتيريش إلى التزام شركات التكنولوجيا الكبرى بالاعتماد بنسبة 100% على الكهرباء النظيفة بحلول 2030. وإلغاء الدعم الحكومي للوقود الأحفوري، والذي ما يزال يتجاوز مليارات الدولارات سنويا. هذا بالإضافة إلى تعزيز الخطط الوطنية للمناخ قبل قمة Cop30 في البرازيل نوفمبر المقبل، مع التركيز على تمويل الطاقة النظيفة في الدول النامية، خاصة إفريقيا التي تمتلك موارد متجددة هائلة لكنها تفتقر إلى التمويل. المصدر: الغارديان
