מדענים נדהמים מהחומר המסתורי שנפל לכדור הארץ, וחשף את סוד תנועת החום בחלל.

חשיבות ההולכה התרמית בטכנולוגיה מודרנית

במדעי החומרים, גבישים וזכוכיות, המעבדים חום בדרכים הפוכות, מהווים את הבסיס לטכנולוגיות עכשוויות רבות. החל ממזעור אלקטרוניקה, דרך הגברת יעילות מיחזור חום פסולת לאנרגיה, ועד להארכת חיי מגני חום בחלל, כולם תלויים בהבנה כיצד סידור האטומים משפיע על העברת החום.

לדברי מישל סימונצ'לי - פרופסור משנה באוניברסיטת קולומביה להנדסה - צוות המחקר ניגש לבעיה ממכניקת הקוונטים והשתמש בבינה מלאכותית כדי לפתור במדויק את המשוואות הבסיסיות.

תגליות ממטאוריטים וממאדים

במאמר שפורסם ב-11 ביולי בכתב העת Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), סימונצ'לי ועמיתיו ניקולה מרזארי (EPFL לוזאן) ופרנצ'סקו מאורי (אוניברסיטת ספיאנצה ברומא) ניבאו את קיומו של חומר היברידי בין גביש לזכוכית. תחזית זו אושרה מאוחר יותר על ידי צוות מאוניברסיטת סורבון (צרפת).

Sự gia tăng hỗn loạn trong cấu trúc nguyên tử của vật liệu ảnh hưởng đến khả năng dẫn nhiệt vĩ mô — một đặc tính quan trọng đối với các công nghệ quản lý nhiệt. Các vật liệu được nghiên cứu bao gồm tridymite thiên thạch tinh thể (trái), một pha tridymite với trật tự liên kết tinh thể và hình học liên kết vô định hình (giữa), và thủy tinh silica hoàn toàn vô định hình (phải). Màu đỏ biểu thị oxy (O), màu xanh biểu thị silic (Si), và các sắp xếp tứ diện SiO4 phổ biến được tô sáng màu xanh lam. Nguồn: Phòng thí nghiệm Simoncelli

אי-סדר מוגבר במבנה האטומי של חומר משפיע על המוליכות התרמית המקרוסקופית שלו - תכונה חשובה לטכנולוגיות ניהול תרמי. החומרים שנחקרו כוללים טרידימיט גבישי של מטאוריט (משמאל), פאזה טרידימיט עם סדר קשר גבישי וגיאומטריית קשר אמורפית (במרכז), וזכוכית סיליקה אמורפית לחלוטין (מימין). אדום מייצג חמצן (O), כחול מייצג סיליקון (Si), וסידורים טטרהדרליים נפוצים של SiO4 מודגשים בכחול. קרדיט: מעבדת Simoncelli.

המיוחד הוא שחומר ייחודי זה נמצא במטאוריטים ואפילו על מאדים. מנגנון העברת החום יוצא הדופן שלו מבטיח לפתוח כיוונים חדשים לתכנון חומרים שיכולים לעמוד בהפרשי טמפרטורה קיצוניים ולספק רמזים חשובים לגבי ההיסטוריה התרמית של כוכבי הלכת.

סיליקה של מטאוריט והקבוע התרמי הנדיר

בהתבסס על תחזיות משנת 2019, הצוות קבע כי צורה מיוחדת של סיליקון דו-חמצני בשם "טרידימיט" - שתוארה לראשונה בשנות ה-60 - היא החומר ההיברידי. הדגימה נכרתה ממטאוריט שנפל בשטיינבך, גרמניה, בשנת 1724 ונחקרה באישור מוזיאון הטבע של פריז.

התוצאות הראו כי למטאוריט טרידימיט מבנה אטומי הנמצא בין גביש מסודר לזכוכית אמורפית. באופן מפתיע, מוליכות התרמית שלו נשארת קבועה בין 80 קלווין ל-380 קלווין - דבר נדיר בעולם החומרים.

יישומים פוטנציאליים בתעשיית הפלדה

מעבר לערכה המדעי, התגלית פותחת גם אפשרויות מעשיות. צוות המחקר צופה כי טרידימיט עשוי להיווצר במהלך תהליך ההזדקנות התרמית שנמשך עשרות שנים בלבנים עקשנות בתנורי ייצור פלדה. בהתחשב בכך שק"ג אחד של פלדה המיוצר פולט 1.3 ק"ג של CO₂, כאשר כמעט מיליארד טון של פלדה מדי שנה מהווים כ-7% מפליטות הפחמן בארצות הברית, חומר חדש זה עשוי לתרום לשליטה טובה יותר בחום, ובכך להפחית את הפליטות בתעשיית הפלדה.

בינה מלאכותית, מכניקת קוונטים ועתיד בקרת החום

סימונצ'לי אמר כי צוותו השתמש בלמידת מכונה כדי להתגבר על מגבלות החישוב של שיטות מסורתיות, תוך סימולציה של העברת חום בדיוק קוונטי. מנגנונים אלה לא רק שופכים אור על תעלומת העברת החום בחומרים היברידיים, אלא גם סוללים את הדרך לטכנולוגיות חדשות כמו מכשירים תרמואלקטריים לבישים, מחשוב נוירומורפי וספינטרוניקה.

"זו רק ההתחלה. חומר זה לא רק מאתגר את התיאוריה הנוכחית, אלא גם פותח את עתיד בקרת החום עבור תעשיות רבות", הדגיש סימונצ'לי.

לה קה (לפי SciTechDaily)

מקור: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/gioi-khoa-hoc-sung-sot-truoc-loai-vat-chat-ky-bi-roi-xuong-trai-dat-he-lo-bi-mat-ve-cach-nhet-di-chuyen-trong-vu-tru/20250816083300815