מתקדמים לעידן הברונזה

01.03.2001
 
פרופ' שמעון רייך. חומרים ותיקים, תכונות חדשות
 
סוסים זקנים, כמו כלבים זקנים, אולי אינם מסוגלים ללמוד תכסיסים חדשים, אבל חומר שמתפקד במשך שנים רבות כ"סוס עבודה זקן" בתחום חקר החומרים גילה באחרונה תכונה מדהימה חדשה. חוקרים במכון ויצמן למדע הראו שחומר זה, שתכונותיו החשמליות נחקרו במשך שנים רבות, הופך למוליך-על בטמפרטורה גבוהה יחסית.
 
מוליכות-על היא תופעה מסקרנת, המתבטאת בכך שחומר המצוי בטמפרטורה נמוכה מסף מסוים חדל בפתאומיות להפגין התנגדות כלשהי למעבר זרם חשמלי, כך שהזרם יכול לשטוף דרכו ביעילות מוחלטת, ללא כל התנגדות. כאשר זוהתההתופעה לראשונה בשנת 1911, חשבו המדענים שמדובר בתופעה המתחוללת במתכות המצויות בטמפרטורה הקרובה לזו של הליום נוזלי, כלומר, קרוב לארבע מעלות קלווין (מינוס 269 מעלות צלסיוס). מאוחר יותר התברר שמוליכות-על מתחוללת גם בסגסוגות, אך גם במקרה זה היה מדובר בתופעה שמתרחשת בטמפרטורות הנמוכות מ25- מעלות קלווין.
 
בשנת 1986 נפתח בתחום זה עידן חדש, כאשר חומרים קרמיים המכילים שכבות מסודרות של חמצן ונחושת (המכונים "קופראטים") התגלו כמוליכי-על הפועלים בטמפרטורות גבוהות יותר. נקודת המעבר הגבוהה ביותר הידועה כיום היא 133 מעלות קלווין.
 
תגלית זו, שזכתה להתנוסס על שעריהם של שבועוני חדשות מובילים כגון "טיים" ו"ניוזוויק", הראתה שהתכונה המופלאה של מוליכות-על עשויה להיות הרבה יותר נגישה מכפי שסברו עד אז. נגישות זו חשובה הן למחקר מדעי, והן לפיתוח יישומים שונים, החל משיפור מערכות דימות בתהודה מגנטית, ועד לפיתוח רכבות מהירות ש"ירחפו" מעל לפסים הודות לכוחות הדחייה של אלקטרומגנטים המבוססים על מוליכי-על. תחום מחקר זה מעסיק כיום כ10,000- מדענים בכל העולם.
 
העלייה הדרמטית בנגישותם של מוליכי-העל החדשים, המבוססים על קופראטים, נובעת מהעובדה שהקירור לטמפרטורות הדרושות להפיכת החומרים האלה למוליכי-על עשוי להתבצע באמצעות חנקן נוזלי, חומר זול יחסית שנקודת הרתיחה שלו היא 77 מעלות קלווין. זהו שיפור ניכר, אם זוכרים שכדי ליצור את התנאים הדרושים להיווצרות תופעת מוליכות- העל במוליכי-על "קלאסיים" יש להשתמש בהליום נוזלי, חומר יקר בהרבה, שטמפרטורת הרתיחה שלו היא ארבע מעלות קלווין בלבד.
 
עד עתה היה ידוע שתופעת מוליכות-העל בטמפרטורות גבוהות מתחוללת אך ורק בקופראטים, אך באחרונה נפלה הפתעה בתחום זה, כאשר פרופ' שמעון רייך, מהמחלקה לחקר חומרים ופני שטח במכון ויצמן למדע, גילה כי התופעה הזאת מתחוללת גם בחומר אחר, שאינו "חבר" במשפחת הקופראטים.
 
פרופ' רייך, שעבד עם תלמיד המחקר יצחק צבע,חקר את תכונותיה המגנטיות של תחמוצת טונגסטן, המכילה עקבות של נתרן, ,ושניהם גילו להפתעתם שהחומר הזה מגלה סימנים של מוליכות-על בטמפרטורה של 91 מעלות קלווין מעל לאפס המוחלט (מינוס 182 מעלות צלסיוס). במחקרי המשך שביצע פרופ' רייך יחד עם ד"ר עודד מילוא ועמיתיו מהאוניברסיטה העברית בירושלים וממכון ויצמן למדע, גילו החוקרים שבמקרה זה, מוליכות-העל לא הושרתה בכל נפח החומר, אלא התרחשה רק על פניו, באיים קטנים, מיקרוסקופיים, הנמדדים במיליוניות המילימטר.
 
בעקבות התגלית המפתיעה הזאת התפרסמה באחרונה סקירה מקיפה בכתב העת המדעי "עולםהפיסיקה". מחברי הסקירה הצביעו על האפשרותשפיסיקת מוליכי-העל תעבור, בעקבות תגליתו של פרופ' רייך, מ"תקופת הנחושת" ל"תקופת הברונזה". כלומר, מהקופראטים, המכילים נחושת,אל תחמוצת הטונגסטן המכילה נתרן, המכונה גם "ברונזה של טונגסטן". חומרים ממשפחה זו ("ברונזות של טונגסטן") משמשים כיום להרכבת פיגמנטים בחומרי צביעה. כך או כך, נראה ש"עידןהברונזה" החדש של מוליכי-העל צופן לנו בעתיד לא מעט תגליות מדעיות, התפתחויות, וייתכן שאפילו יישומים חדשים.
 
 
 
 
 
"אי" של מוליך-על
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם