تقنية جديدة تفتح الباب لخلايا شمسية أفضل

نجح فريق من العلماء بقيادة الأستاذ المساعد أندرايفو روسيدي من قسم الفيزياء في كلية العلوم في الجامعة الوطنية في سنغافورة(NUS) بتطوير تقنية لدراسة مناطق التلامس بين المواد وتسليط الضوء على الخصائص الجديدة التي تنشأ عندما يتم وصل مادتين مع بعضهما البعض.مع فهم أفضل للطريقة التي تتلامس بها المواد مع بعضها، يمكن للعلماء أن يقوموا بتعديل خصائص المواد المختلفة بطريقة أسهل مما يفتح الباب لتطوير خلايا شمسية أفضل،وأيضا لتطوير نواقل فائقة جديدة و أقراص صلبة أصغر.

من أكثر مسائل فيزياء المادة الكثيفة* إثارةً هي تلك التي نجدها في سطوح تلامس المواد المختلفة.إذا وضعت مادتين مختلفتين على تماس مع بعضهما البعض، يمكن أن تنشأ خصائص جديدة كلياً، فعلى سبيل المثال يمكن لمادتين عازلتين غير ناقلين وغير مغناطيسيتين أن تصبحا ناقلتين وفي بعض الحالات تصبحان مادة ذات ناقلية فائقة و مغناطيسية في منطقة تلامسهما ، السبب في هذا التغيير بخصائص المادتين هو عدم التشابه أو عدم التناظر على جانبي منطقة التلامس، فالمادتين لهما خصائص مختلفة وبنى مختلفة.فاذا ما تمّ وضعهما سويةً، تحدث في بنيتهما إعادة توزيع و ترتيب مما يؤدي لخواص جديدة. فمثلاً يمكن الاستفادة من هذه الظواهر في الحصول على محركات أقراص صلبة أصغر ،فحالياً يعتمد اداء محركات الأقراص الصلبة التقليدية على الخواص الفيزيائية الحجمية (للمادة ككل) وعند تصغير القرص يجب علينا معرفة الخصائص الفيزيائية لبنية التلامس،المشكلة في أننا لا نفهم تماماً ما الذي يحدث في منطقة التلامس حتى الآن .

لحل هذا اللغز القديم في فيزياء المادة الكثيفة قام العلماء في جامعة سنغافورة الوطنية NUS بدراسة منطقة التلامس بين تيتانات السترونتيوم و ألومينات اللانثانوم وهما مادتين عازلتين تصبحان مادة ناقلة في منطقة التلامس، وأثناء القيام بذلك اكتشف فريق العلماء لغزاً آخر،حيث يتوقع نظرياً أن تكون ناقلية التيار الكهربائي عند منطقة التلامس أكبر بعشرة مرات مما هو ملاحظ تجريبياً، وبالتالي 90% من حاملات الشحنة - الالكترونات - قد اختفت. مما كان لغزاً حقيقياً بالنسبة للفريق.

وللبحث عن الالكترونات المفقودة قام العلماء باستخدام زوج من المواد ذات انعكاسية عالية في جهازالتصوير الاهليلجي أو الاستقطابي (تقنية ضوئية تستخدم في القياس والتحليل حيث تقوم هذه التقنية على تحليل إشعاع الضوء المنعكس عن العينة المدروسة والتي هي منطقة التلامس هنا واستخلاص العديد من الاستنتاجات منها بنية العينة و سمكها والثوابت الضوئية الخاصة بها). استخدم الفريق لدراسة العينة مصدر اشعاع ضوئي سنكتروني (وهو عبارة عن اشعاع كهرومغناطيسي متولد عادة عن طريق مسرعات جزيئية دائرية ) والموجود في (NUS) وقاموا بتوجيه مجال واسع من الضوء بشكل مكثف على منطقة تلامس المادتين.

أظهر امتصاص الاشعاع عند أطوال موجية معينة سوية طاقة الالكترونات الموافقة وكشف مكان اختبائها في الشبكة البلورية، وقد تبين أنه حوالي 10 في المئة من الالكترونات فقط هي حرة لتهاجر الى منطقة تلامس هاتين المادتين، وباقي ال90 في المائة تبقى مقيدة في الشبكة الجزيئية في سويات طاقة أعلى بحيث تبقى غير مرئية لمصدر الضوء الذي استخدم في الأبحاث السابقة.

"كان ذلك مفاجئا لنا" هذا ما قاله البروفيسور المساعد روسيدي وأضاف:"لكن هذا يفسر أيضاً ضرورة استخدام أكثر من طبقة لكي نكشف النقاب بشكل تام عن خصائص منطقة التلامس"

مزيد من الأبحاث لفهم أكثر لمناطق التلامس:

هذه التقنية التي طورها علماء جامعة سنغافورة الوطنية NUS هي بداية التحقيقات حول الخصائص الأساسية لمناطق التلامس بين المواد. يعتقد الفريق أن فهماً افضل لمناطق التلامس سيساعد في تسخير خصائصها بالشكل المطلوب.في الخطوة التالية من أبحاثهم سيقوم البروفيسور المساعد روسيدي وفريقه بدراسة مناطق التلامس بين مواد أخرى.كما أنهم يعملون على بناء حزم ضوئية متدفقة جديدة وفريدة من نوعها في NUS ليتم استخدامها في الابحاث لكشف الخصائص الكمومية لمناطق التلامس في أنظمة أكثر تعقيداً.

* فيزياء المادة الكثيفة: فرع من الفيزياء يهتم بالخواص المجهرية للمواد المتكاثفة أي في حالتها الصلبة والسائلة

المصدر: هنا