تيار غريب في الغرافين: عندما يكون الأضعف أقوى ✎ سريع

أنبوب الماء: كلما كان أوسع، مرّت كمية أكبر من الماء. وفي التلامسات فائقة التوصيل — وصلات جوزيفسون (جسور يمر عبرها التيار دون مقاومة) — الأمر عادةً كذلك: كلما كانت الموصلية أفضل في الحالة العادية، كان التيار فائق التوصيل المار عبرها أكبر. لكن تجربة حديثة على وصلات مصنوعة من الغرافين ثنائي الطبقة الملفوف (طبقتان من الغرافين تدوران بالنسبة لبعضهما بزاوية سحرية) أظهرت العكس: التيار ينمو بينما الموصلية تنخفض. هذا أشبه بفتح الصنبور بقوة أكبر فإذا بضغط الماء يقل.

يكمن الحل في الهندسة غير العادية للحالات الإلكترونية. في النطاقات المسطحة للغرافين الملفوف، تتحرك الإلكترونات ببطء شديد، ويكاد التيار فائق التوصيل العادي أن يختفي. لكن تظهر آلية أخرى — التيار الكمومي-المتري. لا يعتمد مقداره على سرعة الإلكترونات، بل على «المسافة» بين حالاتها في فضاء خاص — ما يُسمى بالمتريّة الكمومية. إذا كانت هذه المسافة مماثلة لطول الوصلة، فقد يتدفق التيار حتى عندما تكون الموصلية العادية صغيرة.

بنى مؤلفو العمل نموذجًا بسيطًا على أساس شبكة ليب، ثم نموذجًا واقعيًا بستة نطاقات للغرافين الملفوف. وفي كلتا الحالتين، أظهرت الحسابات أنه عند معاملات معينة، ينمو التيار الحرج فعلًا بينما تنخفض الموصلية — تمامًا كما في التجربة. هذه أول إشارة مباشرة إلى أن التيار الكمومي-المتري، الذي كان يُهمل سابقًا، قد يهيمن في الأنظمة ذات النطاقات المسطحة.

هذه الحالة الشاذة ليست مجرد فضول علمي. إنها تفتح الطريق للتحكم في خصائص التوصيل الفائق عبر الهندسة، وليس فقط عبر تركيب المادة. ربما في المستقبل، سيتيح ذلك صنع حساسات فائقة الحساسية أو عناصر لحواسيب كمومية، حيث يُشغَّل التيار ويُطفأ بتدوير الطبقات، بدلًا من تغيير درجة الحرارة أو المجال المغناطيسي.