كيف تتدفق أيونات الهيدروجين عبر بلورة صلبة سريع
في بلورة صلبة تشبه كعكة طبقات من ذرات اللانثانم والأكسجين والهيدروجين، لا تنقل الكهرباء الإلكترونات، بل أيونات الهيدروجين نفسها. عادةً، يستقر الأيون في البلورة داخل خليته، كحبة بازلاء في قرنها، ولا يقفز إلا نادرًا إلى خلية مجاورة فارغة. لكن في هذه المادة، الأمر مختلف.
قام الفيزيائيون بتشعيع البلورة بجسيمات دون ذرية — الميونات — التي احتلت مواقع بين الذرات و«استشعرت» حركة الجيران. واتضح أنه عند حوالي 160 كلفن (أي نحو 113 درجة مئوية تحت الصفر)، تبدأ أيونات الهيدروجين بالتحرك بتناسق، كجزيئات في عسل كثيف. وتعتمد قفزاتها على وجود مواقع شاغرة قريبة: لا خلية فارغة، لا قفزة.
هذا التناقض قاد العلماء إلى فكرة أن أيونات الهيدروجين عند التسخين تتوقف عن التصرف كجسيمات منفردة وتتحول إلى ما يشبه سائلًا لزجًا «يتجمد» عند التبريد، كالزجاج. هذا السلوك يفسر لماذا توصل البلورة التيار بأيونات الهيدروجين بهذه الكفاءة.
الآن أصبح فهمنا أوضح لكيفية عمل الإلكتروليتات الصلبة المحتوية على الهيدروجين. وإذا تمكنا من التحكم في هذا «السائل» داخل البلورة، يمكننا صنع بطاريات وخلايا وقود تعمل بشكل أسرع وأكثر موثوقية.
الميون الذي استُخدم «لإضاءة» البلورة يعيش لمدة جزء من مليونين من الثانية فقط، لكنه في هذا الوقت القصير يتمكن من إخبارنا عن حركة الأيونات المجاورة.
في رواية آرثر كلارك «موعد مع راما»، تستخدم سفينة فضائية غريبة مواد صلبة ذات سيولة داخلية غير عادية — وهو ما يشبه إلى حد ما هذه البلورة.