نجح فريق من الباحثين في تطوير مادة جديدة تتمتع بخصائص كهربائية لم يسبق رصدها مجتمعة في مادة واحدة، إذ تجمع في الوقت نفسه بين خصائص المواد الفيروكهربائية ومضادة الفيروكهربائية، وهما خاصيتان كان يعتقد سابقا أنهما متعارضتان.

ويحمل المركب الجديد الصيغة الكيميائية K₃[Nb₃O₆|(BO₃)₂]، وقد أشرف على الدراسة الأستاذ المساعد دينيس ماير والباحث إيفان أوشاكوف من قسم علوم وهندسة المواد في الجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا.

ونشرت نتائج الدراسة في مجلة Nature Nanotechnology، بينما نشرت مراجعة علمية مرتبطة بها في مجلة Nature Materials.

ما الفرق بين الخاصيتين؟

في المواد الفيروكهربائية، تصطف ثنائيات القطب الكهربائية في اتجاه واحد، مما يمنح المادة استقطابا كهربائيا دائما يمكن التحكم فيه.

أما في المواد مضادة الفيروكهربائية، فتنتظم ثنائيات القطب في اتجاهات متعاكسة، وهو ما يؤدي إلى إلغاء تأثيرها المتبادل، فتفقد المادة استقطابها الكهربائي.

ولهذا السبب، كان يعتقد أن الجمع بين الخاصيتين داخل مادة واحدة أمر غير ممكن.

كيف تجاوزت المادة الجديدة هذا التناقض؟

أظهرت الدراسة أن ثنائيات القطب داخل المادة الجديدة لا تصطف بشكل متعاكس تماما، بل تميل بزاوية صغيرة.

ويمنع هذا الميل حدوث إلغاء كامل للاستقطاب الكهربائي، مما يسمح بوجود السلوكين معا داخل البنية نفسها.

وأكد الباحثون أن التحليل التفصيلي للبنية الذرية ساعدهم على فهم الآلية التي تجعل هذا التعايش ممكنا.

خصائص غير مسبوقة للجدران الفاصلة

ركز العلماء أيضا على دراسة ما يعرف باسم الجدران النطاقية، وهي المناطق التي تفصل بين أجزاء المادة ذات الاتجاهات المختلفة للاستقطاب.

وباستخدام تقنيات مجهرية متقدمة، اكتشف الفريق أن هذه الجدران داخل المادة الجديدة شديدة الرقة وطويلة الامتداد، كما أنها تمتلك خصائص تختلف بوضوح عن تلك الموجودة في المواد الفيروكهربائية التقليدية أو المواد مضادة الفيروكهربائية.

إعادة النظر في تصنيف المواد

يرى الباحثون أن نتائج الدراسة تشير إلى أن المواد مضادة الفيروكهربائية أكثر تنوعا وتعقيدا مما كان يعتقد سابقا.

وأوضحوا أن هذه الفئة لا تقتصر على البنى التقليدية، بل تضم أيضا تراكيب هندسية معقدة تشمل الانحناءات والتموجات وحتى الأنماط الحلزونية، وهو ما قد يدفع العلماء إلى إعادة النظر في التصنيفات الحالية لعلوم المواد.

تطبيقات مستقبلية واعدة

يعتقد الباحثون أن الخصائص الهجينة للمادة الجديدة قد تفتح الباب أمام تطوير جيل جديد من التقنيات الإلكترونية.

ومن أبرز التطبيقات المحتملة:

أنظمة تخزين الطاقة عالية الكفاءة.

المستشعرات الإلكترونية المتقدمة.

المكونات الإلكترونية ذات الأداء المرتفع.

أجهزة تعتمد على التحكم الدقيق في الخصائص الكهربائية.

ويرى الفريق أن الجمع بين هاتين الخاصيتين داخل مادة واحدة قد يوفر إمكانات جديدة لتطوير مواد أكثر كفاءة ومرونة مقارنة بالحلول المستخدمة حاليا.