كيف تجعل الذهب والنحاس ينقلان الكهرباء بلا مقاومة سريع
الإلكترونات في الموصل تشبه حشداً فوضويًا: عند تصادمها تفقد طاقتها وتنشأ المقاومة. أما في الموصل الفائق، فإنها تتحرك بتناسق، مثل أزواج في رقصة متناغمة، دون أن تؤثر على بعضها. هذه الحالة ذات إنتروبيا منخفضة، أي عشوائية أقل.
هذا السلوك نادر بالنسبة للذهب والنحاس. لكن في طبقات لا يتجاوز سمكها ذرتين أو ثلاث للنحاس، أو خمس ذرات للذهب، تتزامن الإلكترونات مع اهتزازات الذرات، وتختفي المقاومة. المشكلة أن ذلك يتطلب تبريدًا دون كلفن واحد باستخدام الهيليوم السائل.
جاء الاختراق باستخدام عازل من نتريد البورون يوضع فوق رقاقة نحاسية. إذا تم الربط عبر ذرات البورون، تكون درجة حرارة التوصيل الفائق 3.23 كلفن. لكن تدوير البلورة بحيث يتم الربط عبر النيتروجين يرفعها إلى 7 كلفن. السبب هو تغير «سطح فيرمي» — أي حدود حالات الإلكترون المملوءة. يدخل في رنين مع الشبكة الذرية، مما يعزز التفاعل المطلوب بشدة. تنبأ جون باردين بآلية ازدواج الإلكترونات في عام 1957، وتتيح المطيافية اليوم مراقبة هذه التأثيرات مباشرة.
ذرات الذهب بالغة الكتلة لدرجة أن اهتزازاتها لا تستطيع عادة التكيف مع الإلكترونات. ولكن في رقاقة بسماكة خمس ذرات – مثل رقائق الذهب الشديدة الرقة – تصبح أكثر مرونة وتدخل في الإيقاع المشترك.
وصف ستانيسواف ليم في روايته «سولاريس» مواد ميتا تعتمد خصائصها على السماكة – مثل هذه الطبقات فائقة التوصيل.