اكتشف فريق بحثي من كلية الهندسة بجامعة كولومبيا مؤخرًا مادة زجاجية بلورية هجينة تتمتع بخصائص نقل حرارة فريدة، ومن المتوقع أن يجلب هذا الاكتشاف اختراقًا في تقنيات إدارة الحرارة في مجالات الأجهزة الإلكترونية، واستعادة الحرارة المهدورة، والفضاء الجوي. نُشرت نتائج البحث في 11 يوليو في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences.

قاد الفريق البحثي الدولي أستاذ مساعد في الفيزياء التطبيقية والرياضيات التطبيقية Michele Simoncelli، حيث جمع بين نظرية الميكانيكا الكمومية وتقنيات التعلم الآلي، للتنبؤ بنجاح والتحقق من خصائص نقل الحرارة لمادة ثاني أكسيد السيليكون الخاصة المعروفة باسم "scalenohedral quartz". اكتُشفت هذه المادة أولاً في النيازك، ثم تأكد وجودها على المريخ، وتظل موصليتها الحرارية مستقرة في نطاق درجات حرارة من 80K إلى 380K.

قال Simoncelli: "لأول مرة، تنبأنا نظريًا وتحققنا تجريبيًا من مادة تُظهر في الوقت نفسه خصائص نقل الحرارة للبلورات والزجاج." يعتمد البحث على النظرية الموحدة التي اقترحها الفريق في عام 2019، والتي تفسر بنجاح ظواهر نقل الحرارة المتباينة تمامًا في البلورات والزجاج.

أجرى فريق تجريبي من جامعة السوربون في فرنسا اختبارات على عينات من نيزك شتاينباخ الألماني عام 1724، مما أكد التنبؤات النظرية. أشار قائد الفريق التجريبي Etienne Balan إلى: "سلوك نقل الحرارة في هذه المادة يشبه تأثير Invar الشهير، مما يوفر أفكارًا جديدة للتحكم في الحرارة تحت فروق درجات حرارة قصوى."

يحمل هذا الاكتشاف قيمة تطبيقية صناعية مهمة. تشير الدراسة إلى أن طوب النار في مصانع الصلب قد يشكل هياكل مشابهة بعد الاستخدام طويل الأمد. يعتقد فريق Simoncelli أن المواد الجديدة المطورة بناءً على هذا الاكتشاف من المحتمل أن تحسن كفاءة الحرارة في عملية صناعة الصلب، مما يوفر دعمًا تقنيًا لتقليل انبعاثات الكربون في صناعة الصلب.

يوسع فريق البحث هذا الاكتشاف إلى مجالات تطبيق أوسع. من خلال الحوسبة الأولية بمساعدة الذكاء الاصطناعي، يعملون على تطوير مواد حرارية كهربائية جديدة، وبطاريات شمسية من نوع perovskite، وطلاءات حاجزة حرارية. من المتوقع أن تدفع هذه التقنيات تطور مجالات ناشئة مثل الأجهزة القابلة للارتداء والحوسبة العصبية الشكل.