اكتشف الباحثون مؤخرًا العديد من العمليات المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بدرجات الحرارة، حيث وُجد أن قوة المجال المغناطيسي المطلوب لاستنباط عملية ميكانيكية كمية معينة كظاهرة التلألؤ أو اللمعان تعتمد على درجة حرارة المادة!
واستنادًا على هذه النتيجة، أُتيح للعلماء إمكانية تحديد أو ضبط درجة حرارة عينة ما إلى درجة الحرارة التي يحدث عندها الثبات والتي تُقدر بحوالي ميكرون مكعب واحد عن طريق قياس شدة المجال المغناطيسي التي يحدث فيها هذا التأثير، ويُعتبر استشعار درجة الحرارة جزءًا لا يتجزأ من معظم العمليات الصناعية والإلكترونية والكيميائية. لذلك إذا ما طُبقت أساسيات هذه الدراسة ونتائجها بصورة أكبر في المساعي التجارية والعلمية، سيكون هذا بمثابة نقطة انتقال كبيرة.
وتُنتج العديد من الخصائص الكمية المفيدة منها القدرة على التوهج، وذلك عندما تحل ذرات النيتروجين محل ذرات الكربون في الشبكات البلورية لعنصر الماس هذا بالإضافة إلى الأماكن الشاغرة الموجودة بالبلورة ذاتها، والتي من الممكن أن تكون لها شحنات سالبة أو متعادلة، وتكون المراكز الشغور المشحونة بالسالب بها قدرة على إنتاج توهجٍ قابلٍ للكشف عند تعرضها لأطوال موجية معينة من الضوء.
كما قام فريق بحثيّ من الروس والألمان بوضع نظامٍ يمكنه قياس درجات الحرارة والمجالات المغناطيسية، هذا وقاموا بإنتاج بلورات من كربيد السيليكون وهى مادة شبه موصلة وصُمم منها بالفعل الوصلات الثنائية والترانزستورات، وهى أيضًا بها شواغر مماثلة لمراكز شغور النيتروجين في الماس، ثم عرَّضوا كربيد السيليكون إلى ضوء ليزر الأشعة تحت الحمراء في وجود حقل مغناطيسي ثابت ومن ثمَّ قاموا بتسجيل النتائج لظاهرة التلألؤ.
ووُجد أن الحقول المغناطيسية القوية عند قوة محددة لها، تجعل من السهل على الإلكترونات الانتقال بين مستويات الطاقة في هذه المراكز الشاغرة، كما يعتمد سطوع الضوء على نسبة الإلكترونات في مستويات الطاقة. وبهذا تمكن الباحثون من قياس قوة المجال المغناطيسي من خلال مراقبة التغير في السطوع، كما يتغير التوهج فجأةً عندما تخضع الإلكترونات في هذه الأماكن الشاغرة إلى الاسترخاء المتبادل، وهي عملية تبادل مشتركة بين نظام كمي في أحد مستويات الطاقة العالية مع نظام أخر في مستوى الطاقة الأرضي أي عند الوصول لحالة التوازن.
واتضح أن قوة الحقل اللازم للحث على الاسترخاء المتبادل ترتبط ارتباطًا مباشرًا بدرجة حرارة المادة، كما تمكن العلماء من حساب درجة حرارة البلورة من خلال تغيير قوة المجال المغناطيسي ومتابعة التغيُّر في درجة التوهج. كما قال الفيزيائي أندريه أنيسيموف “Andrey Anisimov” -الأستاذ في معهد إيفي الفيزيائي التقني التابع لأكاديمية العلوم الروسية وواحد من مؤلفي الورقة البحثية-: “إن هذه الدراسة ستمكن العلماء من إنشاء جهاز استشعار واحد مشترك لكل من درجة الحرارة والمجال المغناطيسي، هذا بالإضافة إلى إمكانية تصغير أجهزة الاستشعار إلى 100 نانومتر، والتي ستمكننا من استخدامها في مجال استكشاف الفضاء والمراقبة الجيوفيزيائية وحتى الأنظمة البيولوجية.
كتابة: سارة صلاح
مراجعة: ملاك فريد
تصميم: عبدالرحمن سعد
تحرير: يمنى جودي
