Ieškant kambario temperatūros superlaidininkų

Įsivaizduokite pasaulį, kuriame magnetinės levitacijos (maglev) traukiniai yra įprasti, kompiuteriai veikia žaibiškai, maitinimo kabeliai praranda mažai ir yra naujų dalelių detektorių. Tai yra pasaulis, kuriame kambario temperatūros superlaidininkai yra tikrovė. Kol kas tai yra ateities svajonė, tačiau mokslininkai kaip niekad artimi, kad būtų pasiektas superlaidumas kambario temperatūroje.

Kambario temperatūros superlaidininkas (RTS) yra aukštos temperatūros superlaidininkas (aukštos T_c ar HTS), veikiančius arčiau kambario temperatūra nei į absoliutus nulis. Tačiau darbinė temperatūra aukštesnė nei 0 ° C (273,15 K) vis dar yra žemesnė už tą, kurią dauguma laiko mūsų „normalia“ kambario temperatūra (nuo 20 iki 25 ° C). Žemesnėje nei kritinė temperatūra superlaidininkas turi nulį elektrinė varža ir magnetinio srauto laukų pašalinimas. Nors tai yra perdėtas supaprastinimas, superlaidumas gali būti laikomas tobulos būklės elektrinis laidumas.

Aukštos temperatūros superlaidininkai turi superlaidumą virš 30 K (–243,2 ° C). Tradicinis superlaidininkas turi būti aušinamas skystu heliu, kad jis taptų superlaidus, tačiau aukštos temperatūros superlaidininkas gali būti

Kritinės superlaidumo temperatūros pakėlimas iki praktinės temperatūros yra šventas gralis fizikams ir elektros inžinieriams. Kai kurie tyrėjai mano, kad superlaidumas kambario temperatūroje yra neįmanomas, o kiti nurodo pažangą, kuri jau pranoko anksčiau laikytus įsitikinimus.

Kietą gyvsidabrį, aušintą skystu heliu (1913 m. Nobelio fizikos premija), 1911 m. Atrado superlaidumas. Heike Kamerlinghas Onnesas. Tik 1930-aisiais mokslininkai pasiūlė paaiškinti, kaip veikia superlaidumas. 1933 m. Fritzas ir Heinzas Londonas paaiškino Meissnerio efektas, kuriame superlaidininkas skleidžia vidinius magnetinius laukus. Iš Londono teorijos paaiškinimai apėmė Ginzburgo-Landau teoriją (1950) ir mikroskopinę BCS teoriją (1957, pavadintą Bardeen, Cooper ir Schrieffer). Remiantis BCS teorija, esant aukštesnei kaip 30 K temperatūrai, atrodė, kad superlaidumas yra draudžiamas. Vis dėlto 1986 m. Bednorz ir Müller atrado pirmąjį aukštos temperatūros superlaidininką, lantano pagrindu pagamintą perokato perokato elementą, kurio pereinamojo laikotarpio temperatūra yra 35 K. Šis atradimas uždirbo 1987 m. Nobelio fizikos premiją ir atvėrė duris naujiems atradimams.

Aukščiausias iki šiol buvęs superlaidininkas, kurį 2015 m. Atrado Michailas Eremetsas ir jo komanda, yra sieros hidridas (H₃S). Sieros hidrido pereinamojo laikotarpio temperatūra yra apie 203 K (-70 ° C), tačiau tik esant ypač aukštam slėgiui (apie 150 gigapaskalių). Tyrėjai numatyti, kad gali pakilti kritinė temperatūra jei sieros atomai yra pakeisti fosforu, platina, selenu, kaliu arba telūriu, turi būti dar didesnis slėgis. Tačiau nors mokslininkai pasiūlė sieros hidrido sistemos elgsenos paaiškinimus, jie nesugebėjo atkartoti elektrinio ar magnetinio elgesio.

Teigiama, kad kambario temperatūros superlaidumas yra ne tik sieros hidridas, bet ir kitos medžiagos. Aukštos temperatūros superlaidus itrio bario vario oksidas (YBCO) gali tapti superlaidus esant 300 K, naudojant infraraudonųjų spindulių lazerio impulsus. Kietojo kūno fizikas Neilas Ashcroftas prognozuoja, kad kietas metalinis vandenilis turėtų būti superlaidus beveik kambario temperatūroje. Harvardo komanda, kuri teigė, kad gamina metalinį vandenilį, pranešė, kad Meissnerio efektas galėjo būti pastebėtas 250 K temperatūroje. Remiantis eksitono tarpininkaujamu elektronų poravimu (ne BCS teorijos fononų tarpininkavimu), tai Dešinėje dešinėje esančiuose organiniuose polimeruose gali būti stebimas galimas superlaidumas aukštoje temperatūroje sąlygos.

Mokslinėje literatūroje pasirodo daugybė pranešimų apie kambario temperatūros superlaidumą, todėl atrodo, kad 2018 m. Tačiau poveikis retai būna ilgai ir jį velniškai sunku atkartoti. Kita problema yra ta, kad norint pasiekti Meissner efektą, gali reikėti ypatingo slėgio. Pagaminus stabilią medžiagą, akivaizdžiausias pritaikymas yra veiksmingos elektros instaliacijos ir galingų elektromagnetų kūrimas. Nuo ten dangus yra riba, kiek tai susiję su elektronika. Kambario temperatūros superlaidininkas suteikia galimybę neprarasti energijos praktiškoje temperatūroje. Daugelį RTS taikymo būdų dar reikia įsivaizduoti.

• Kambario temperatūros superlaidininkas (RTS) yra medžiaga, galinti sukelti superlaidumą aukštesnėje nei 0 ° C temperatūroje. Normalioje kambario temperatūroje tai nebūtinai turi būti superlaidus.
• Nors daugelis tyrėjų teigia stebėję superlaidumą kambario temperatūroje, mokslininkai nesugebėjo patikimai atkartoti rezultatų. Tačiau egzistuoja aukštos temperatūros superlaidininkai, kurių pereinamojo laikotarpio temperatūra yra nuo –243,2 ° C iki –135 ° C.
• Kambario temperatūros superlaidininkų galimi pritaikymai yra greitesni kompiuteriai, nauji duomenų saugojimo metodai ir patobulintas energijos perdavimas.

• Bednorzas, Dž. G.; Müller, K. A. (1986). "Galimas didelis TC superlaidumas Ba-La-Cu-O sistemoje". „Zeitschrift für Physik“ B. 64 (2): 189–193.
• Drozdovas, A. P.; Eremetas, M. I.; Trojanas, aš. A.; Ksenofontovas, V.; Shylin, S. Aš (2015). "Įprastinis superlaidumas esant 203 kelvinams esant aukštam slėgiui sieros hidrido sistemoje". Gamta. 525: 73–6.
• Ge, Y. F.; Zhang, F.; Yao, Y. G. (2016). "Pirmasis principas, rodantis vandenilio sulfido, turinčio mažai fosforo pakaitą, superlaidumo esant 280 K temperatūrai". Fiz. Red. B. 93 (22): 224513.
• Khare, Neeraj (2003). Aukštos temperatūros superlaidininko elektronikos vadovas. „CRC Press“.
• Mankovskis, R.; „Subedi“, A.; Först, M.; Mariageris, S. O.; Chollet, M.; Lemke, H T.; Robinsonas, Dž. S.; Glownia, Dž. M.; Minitti, M. P.; Frano, A.; Fechneris, M.; Spaldinas, N. A.; Loew, T.; Keimer, B.; Georges, A.; Cavalleri, A. (2014). "Netiesinė gardelės dinamika kaip sustiprinto YBa superlaidumo pagrindas₂Cu₃O_6.5". Gamta. 516 (7529): 71–73.
• Mourachkine, A. (2004). Kambario temperatūros superlaidumas. Kembridžo tarptautinė mokslo leidyba.