سبيكة تصبح فائقة التوصيل بعد التسخين سريع
قضيب معدني من خمسة معادن مختلفة — الهافنيوم والنيوبيوم والاسكنديوم والتيتانيوم والزركونيوم — موضوع داخل فرن. بعد تسخينه إلى 600 درجة، تظهر داخله مناطق تشبه نمطًا من معدنين مختلطين، مثل عروق الرخام. هذه المناطق بالتحديد هي التي تجعل السبيكة بأكملها تنقل التيار الكهربائي دون فقدان عند درجة حرارة منخفضة جدًا — حوالي −263 درجة مئوية. تُعرف هذه الظاهرة باسم المستعر الأعظم، وتختفي عند أدنى تسخين، لذلك تُحفظ المواد في الهيليوم السائل.
قاس العلماء درجة الحرارة التي تصبح عندها السبيكة فائقة التوصيل، ولاحظوا: كلما كان الفرن أكثر سخونة أثناء التلدين، ارتفعت هذه الدرجة. بلغ الرقم القياسي 9.93 كلفن (أي حوالي −263.2 درجة مئوية) لعينة سُخّنت إلى 800 درجة. هذا أعلى بنحو درجتين من السبائك المعتادة من هذا النوع. السبب هو أن التسخين يوسّع تلك المناطق "الرخامية" — فتشغل مساحة أكبر، وتتعزز الموصلية الفائقة.
لماذا يحدث هذا؟ أظهر التحليل أن الموصلية الفائقة لا تشمل الإلكترونات فحسب، بل أيضًا اهتزازات ذرات الشبكة البلورية. تتحد الإلكترونات في أزواج، وتتحرك هذه الأزواج عبر المعدن دون تصادمات، مثل مجموعة راقصين يمسكون بأيدي بعضهم ويتجاوزون العقبات بشكل متزامن. في السبيكة ذات النمط "الرخامي"، يتكوّن عدد أكبر من هذه الأزواج، وتتماسك معًا بشكل أقوى.
الملخص الأصلي
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2602.19371
The present investigation into the superconducting properties of eutectic high-entropy alloy (HEA) Hf-Nb-Sc-Ti-Zr systems reveals an enhanced superconducting critical temperature ($$T_\mathrm{c}$$) in body-centered cubic (bcc) phases compared to typical quinary bcc HEAs. In Hf$$_{10}$$Nb$$_{25}$$Sc$$_{25}$$Ti$$_{20}$$Zr$$_{20}$$, Hf$$_{5}$$Nb$$_{45}$$Sc$$_{20}$$Ti$$_{15}$$Zr$$_{15}$$, and Hf$$_{5}$$Nb$$_{45}$$Sc$$_{10}$$Ti$$_{5}$$Zr$$_{35}$$ systems, which span a broad range of valence electron concentration per atom, lattice strain and the presence of partial or absent eutectic phases are characteristic features at lower annealing temperatures. The eutectic regions expand rapidly following annealing at 600$$^{\circ}$$C in all systems. The $$T_\mathrm{c}$$ of each system increases markedly with rising annealing temperatures from 400$$^{\circ}$$C to 600$$^{\circ}$$C, reaching a maximum value of 9.93 K in the Hf$$_{5}$$Nb$$_{45}$$Sc$$_{10}$$Ti$$_{5}$$Zr$$_{35}$$ sample annealed at 800$$^{\circ}$$C. Nearly all samples can be classified as strong-coupling superconductors. The sample annealed at 500$$^{\circ}$$C in the Hf$$_{5}$$Nb$$_{45}$$Sc$$_{10}$$Ti$$_{5}$$Zr$$_{35}$$ system exhibits a critical current density ($$J_\mathrm{c}$$) exceeding the practical threshold of 10$$^{5}$$ A/cm$$^{2}$$ up to approximately 4 T at 4.2 K and 6 T at 2 K. The elevated $$J_\mathrm{c}$$ is attributed to significant lattice strain and phase instability. The underlying mechanism for the enhanced $$T_\mathrm{c}$$ in Hf-Nb-Sc-Ti-Zr systems is examined through specific heat data analysis, suggesting that the expansion of the eutectic regions induced by thermal annealing plays a pivotal role.
درجة حرارة الموصلية الفائقة القياسية لهذه السبيكة هي 9.93 كلفن، أي حوالي −263.2 درجة مئوية. هذا أبرد من سطح بلوتو، حيث تبلغ حوالي −230 درجة.