معهد كورتشاتوف الروسي يطوّر مادة منخفضة التعويض الحراري

أخبار ar.wedoany.com، نجح فريق بحثي روسي في خفض درجة حرارة التعويض الحراري لمادة ما، عبر استبدال جزء من عنصر الحديد في بورات الحديد (FeBO₃) بالكروم، مما يوفّر حلاً جديداً للتمدد القابل للتحكم في الأجهزة البصرية والإلكترونية فائقة الدقة.

تتمدد الغالبية العظمى من المواد عند تسخينها، وهي ظاهرة تشكّل تحدياً للأجهزة عالية الدقة مثل عاكسات الليزر القوية والعدسات. حتى ارتفاع درجة الحرارة بمقدار 10 إلى 20 درجة مئوية فقط قد يؤدي إلى تغيرات طفيفة في أبعاد القطع، مما يسبب أضراراً مجهرية ويؤدي إلى تدهور الوظائف. يكمن مفتاح حل هذه المشكلة في إيجاد مواد ذات معامل تمدد حراري منخفض أو حتى سالب، لكن عدد هذه المواد نادر، والعديد منها غير صالح للاستخدام الهندسي بسبب ضعف استقراره الحراري. توفر ظاهرة التمدد المغناطيسي (المعروفة بـ "التقلّص المغناطيسي") مساراً محتملاً: حيث يمكن تعويض التمدد الناتج عن التسخين بانكماش ناتج عن إعادة ترتيب البنية المغناطيسية.

تمتلك مادة بورات الحديد (FeBO₃) هذه الخاصية، وقد استُخدمت على نطاق واسع في تصنيع الأجهزة، بما في ذلك أجهزة الإشعاع السنكروتروني. ومع ذلك، يتطلب استخدام هذه المادة تسخين البلورة إلى حوالي 77 درجة مئوية، مما يزيد من استهلاك الطاقة ويستلزم تزويدها بنظام تدفئة إضافي. حاول فريق من علماء البلورات من عدة مراكز بحثية روسية استبدال جزء من الحديد في المادة بالكروم، نظراً لأن بورات الكروم تمتلك خصائص مماثلة. قارنت الدراسة بين ثلاث مواد: FeBO₃، وCrBO₃، وتركيبة مختلطة. أظهرت النتائج التجريبية أنه كلما زاد محتوى الكروم في المادة، انخفضت درجة حرارة فقدان النظام المغناطيسي. يحدث "إعادة الترتيب" لبورات الحديد النقي عند حوالي 77 درجة مئوية، وللمركب المختلط عند 30 درجة مئوية، بينما العينة المحتوية على الكروم فقط عند 262 درجة مئوية تحت الصفر.

علّق ياروسلاف بيريوكوف، كبير الباحثين في معهد كيمياء السيليكات التابع لأكاديمية العلوم الروسية (فرع معهد كورتشاتوف - بيتيارف) ورئيس المشروع، قائلاً إن هذه النتيجة تفتح الطريق أمام تصنيع مركبات فعالة ذات معامل تمدد قابل للتحكم بدقة، ويمكن تطبيقها في مجالات البصريات فائقة الدقة، والإلكترونيات المغزلية (سبينترونيكس)، والأجهزة الإلكترونية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن ضبط هذه المواد للعمل في درجات حرارة فائقة الانخفاض، وهو أمر مهم لتقنيات الفضاء وأجهزة الاستشعار فائقة الحساسية. كشف بيريوكوف أن الفريق البحثي يخطط في الخطوة التالية للتركيز على دراسة المركبات ذات الصلة وتوسيع نطاق اختيار المواد.

نُشرت نتائج هذه الدراسة في مجلة "Journal of Materials Chemistry C". حظي البحث بدعم من مؤسسة العلوم الروسية (РНФ)، وشاركت فيه أيضاً معهد كيرينسكي للفيزياء التابع لفرع سيبيريا لأكاديمية العلوم الروسية، وجامعة سانت بطرسبرغ الحكومية، وجامعة قازان الفيدرالية، وجامعة سيبيريا الفيدرالية.