Superlaidininkas yra elementas arba metalo lydinys, kuris, atvėsęs žemiau tam tikros slenkstinės temperatūros, labai praranda elektrinę varžą. Iš esmės superlaidininkai gali leisti elektros srovė tekėti be jokių energijos nuostolių (nors praktiškai idealų superlaidininką labai sunku pagaminti). Šio tipo srovė vadinama super srove.
Ribinė temperatūra, žemiau kurios medžiaga virsta superlaidžio būsena, žymima kaip Tc, kuris žymi kritinę temperatūrą. Ne visos medžiagos virsta superlaidininkais, o medžiagos, kurios kiekviena turi savo vertę Tc.
Superlaidininkų tipai
- I tipo superlaidininkai veikia kaip laidininkai kambario temperatūroje, bet kai aušinama žemiau Tc, molekulinis judėjimas medžiagoje pakankamai sumažėja, kad srovės srautas galėtų nevaržomai judėti.
- 2 tipo superlaidininkai nėra ypač geri laidininkai kambario temperatūroje, perėjimas į superlaidininko būseną yra laipsniškesnis nei 1 tipo superlaidininkų. Šių būsenos pokyčių mechanizmas ir fizinis pagrindas šiuo metu nėra visiškai suprantami. 2 tipo superlaidininkai paprastai yra metalo junginiai ir lydiniai.
Superlaidininko atradimas
Pirmą kartą superlaidumas pirmą kartą buvo atrastas 1911 m., Kai gyvsidabrį atšaldė maždaug iki 4 laipsnių Kelvino laipsnio olandų fizikas Heike Kamerlinghas Onnesas, kuris jam pelnė 1913 m. Nobelio fizikos premiją. Per kelerius metus šis laukas smarkiai išsiplėtė ir buvo atrasta daugybė kitų superlaidininkų formų, įskaitant 2-ojo tipo superlaidininkus 1930-aisiais.
Pagrindinė superlaidumo teorija, BCS teorija, mokslininkams - Johnui Bardeenui, Leonui Cooperiui ir Johnui Schriefferiui - pelnė 1972 m. Nobelio fizikos premiją. Dalis 1973 m. Nobelio fizikos premijos atiteko Brianui Josephsonui, taip pat už darbą su superlaidumu.
1986 m. Sausio mėn. Karlas Mulleris ir Johannesas Bednorzas padarė atradimą, kuris sukėlė revoliuciją, kaip mokslininkai galvojo apie superlaidininkus. Iki šio momento buvo suprantama, kad superlaidumas pasireiškia tik atvėsus beveik absoliutus nulis, tačiau naudodamiesi bario, lantano ir vario oksidu, jie nustatė, kad jis tapo superlaidininku maždaug 40 laipsnių pagal Kelvino laipsnį. Tai inicijavo varžybas atrasti medžiagų, kurios veikė kaip superlaidininkai daug aukštesnėje temperatūroje.
Per pastaruosius dešimtmečius aukščiausia pasiekta temperatūra buvo apie 133 laipsnius Kelvino (nors aukšto slėgio temperatūra galėjo pakilti iki 164 laipsnių Kelvino). 2015 m. Rugpjūčio mėn. Žurnale „Nature“ išspausdintame leidinyje buvo pranešta apie superlaidumo atradimą esant 203 laipsnių Kelvino laipsnių temperatūrai.
Superlaidininkų pritaikymai
Superlaidininkai naudojami įvairiais tikslais, tačiau ypač atsižvelgiant į didžiojo hadronų kolliderio struktūrą. Tunelius, kuriuose yra įkrautų dalelių pluoštai, supa vamzdžiai, kuriuose yra galingi superlaidininkai. Virš superlaidininkų tekančios super srovės sukuria intensyvų magnetinį lauką elektromagnetinė indukcija, kurį galima naudoti norint pagreitinti ir nukreipti komandą.
Be to, superlaidininkai demonstruoja Meissnerio efektas kurioje jie panaikina visą magnetinį srautą medžiagos viduje, tapdami tobulai diamagnetiniai (aptikti 1933 m.). Tokiu atveju magnetinio lauko linijos iš tikrųjų eina aplink atvėsintą superlaidininką. Būtent ši superlaidininkų savybė dažnai naudojama atliekant magnetinės levitacijos eksperimentus, pavyzdžiui, kvantinis užraktas, matomas kvantinėje levitacijoje. Kitaip tariant, jei Atgal į ateitį stiliaus hoverboards visada tampa realybe. Taikant mažiau kasdienišką taikymą, superlaidininkai vaidina svarbų vaidmenį modernizuodami Europą magnetinės levitacijos traukiniai, kurie suteikia didelę galimybę greituoju viešuoju transportu, pagrįstu elektra (kas gali būti pagamintos naudojant atsinaujinančią energiją), priešingai nei neatsinaujinantys dabartiniai variantai, pvz., lėktuvai, automobiliai ir akmens anglys traukiniai.
Redaguota Anne Marie Helmenstine, Ph.