في المواد غير المنتظمة — مثل أشباه الموصلات العضوية أو الأحبار المصنوعة من مواد ثنائية الأبعاد — لا تتحرك الإلكترونات بسلاسة مثل الماء في الأنبوب. بل تقفز من مكان إلى آخر، مثل كرة ترتد على سطح غير مستوٍ. يُسمى هذا النوع من الحركة بالنقل القفزي (hopping transport).
عند درجات حرارة مختلفة، تقفز الإلكترونات بطرق مختلفة. عند درجات الحرارة المنخفضة، تفضل القفز لمسافات أطول، ولكن إلى أماكن ذات طاقة مشابهة — وهذا ما يُسمى بالقفزات متغيرة المدى (variable-range hopping). أما عند درجات الحرارة المرتفعة، فالقفزات قصيرة، فقط إلى الأماكن الأقرب. ابتكر العلماء برنامجًا حاسوبيًا يحاكي هذه القفزات في المادة. يأخذ البرنامج في الاعتبار كيفية توزيع مواقع القفز وطاقتها. وتبين أن هذه الخصائص هي التي تحدد أي نمط من القفز سيكون هو السائد. تم اختبار البرنامج على تجارب حقيقية — فهو يعيد إنتاج التحولات بين الأنماط والسلوك في بُعد واحد وبُعدين وثلاثة أبعاد بدقة.
الآن لدى الباحثين أداة للتنبؤ مسبقًا بكيفية توصيل مادة جديدة للتيار الكهربائي. وهذا سيسرع تطوير الإلكترونيات المرنة والخلايا الشمسية وأجهزة الاستشعار.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2601.01243
Hopping transport, characterized by carrier tunneling between localized states, is a key mechanism in disordered materials such as organic semiconductors, perovskites, nitride alloys, and 2D material-based inks. Two main regimes are typically observed: Variable Range Hopping and Nearest Neighbor Hopping, with a transition between them upon temperature variation. Despite numerous experimental observations, the modeling of this transition remain insufficiently explored and not fully understood. In this work, we present an in-house Monte Carlo Random Resistor Network-based simulator capable of capturing both hopping transport regimes. We demonstrate how material properties that define the network, such as localization length and the spatial and energetic distribution of sites, determine the dominant transport regime. The simulator has been successfully validated against experimental data, showing excellent agreement, reproducing the transition from one regime to the other and accurately capturing 1D, 2D and 3D variable range hopping behavior, providing both a theoretical framework for interpreting experiments and a powerful tool for studying transport mechanisms.
تفسر الموصلية القفزية لماذا بعض المواد توصل التيار بشكل أفضل عند التسخين — على عكس المعادن التي توصل بشكل أسوأ عند التسخين.