Шта ако… добијемо суперпроводнике високе температуре? Вези наде

Преносни водови без губитака, нискотемпературна електротехника, суперелектромагнети, коначно нежно компресују милионе степени плазме у термонуклеарним реакторима, тиха и брза маглев шина. Имамо толико наде у суперпроводнике...

Суперпроводљивост материјално стање нултог електричног отпора назива се. То се постиже код неких материјала на веома ниским температурама. Он је открио овај квантни феномен Цамерлинг Оннес (1) у живи, 1911. Класична физика то не успева да опише. Поред нулте отпорности, још једна важна карактеристика суперпроводника је потиснути магнетно поље из његове запреминетакозвани Мајснеров ефекат (код суперпроводника типа И) или фокусирање магнетног поља у „вртлоге“ (код суперпроводника типа ИИ).

Већина суперпроводника ради само на температурама близу апсолутне нуле. Пријављено је да је 0 Келвина (-273,15 °Ц). Кретање атома на овој температури готово да и не постоји. Ово је кључ за суперпроводнике. Као и обично електрони који се крећу у проводнику сударају се са другим вибрирајућим атомима, узрокујући губитак енергије и отпор. Међутим, знамо да је суперпроводљивост могућа на вишим температурама. Постепено откривамо материјале који показују овај ефекат на нижим минус Целзијуса, а однедавно и на плусу. Међутим, ово је опет обично повезано са применом изузетно високог притиска. Највећи сан је створити ову технологију на собној температури без гигантског притиска.

Физичка основа за појаву стања суперпроводљивости је формирање парова хватача терета - такозвани Цоопер. Такви парови могу настати као резултат уједињења два електрона са сличним енергијама. Фермијева енергија, тј. најмања енергија за коју ће се повећати енергија фермионског система након додавања још једног елемента, чак и када је енергија интеракције која их везује веома мала. Ово мења електрична својства материјала, пошто су појединачни носачи фермиони, а парови бозони.

Сарађујте дакле, то је систем од два фермиона (на пример, електрона) који међусобно реагују преко вибрација кристалне решетке, званих фонони. Феномен је описан Леона сарађује 1956. и део је БЦС теорије суперпроводљивости на ниским температурама. Фермиони који чине Куперов пар имају половичне спинове (који су усмерени у супротним смеровима), али је резултујући спин система пун, односно Куперов пар је бозон.

Суперпроводници на одређеним температурама су неки елементи, на пример, кадмијум, калај, алуминијум, иридијум, платина, други прелазе у стање суперпроводљивости само при веома високом притиску (на пример кисеоник, фосфор, сумпор, германијум, литијум) или у облику танких слојева (волфрам, берилијум, хром), а неки можда још нису суперпроводни, као што су сребро, бакар, злато, племенити гасови, водоник, иако су злато, сребро и бакар међу најбољим проводницима на собној температури.

„Висока температура“ и даље захтева веома ниске температуре

У КСНУМКС године Виллиам А. Литтле сугерисао могућност постојања високотемпературне суправодљивости у органски полимери. Овај предлог се заснива на упаривању електрона посредованом ексцитоном, за разлику од упаривања посредованог фононима у БЦС теорији. Термин "суперпроводници високе температуре" коришћен је да опише нову породицу керамике са структуром перовскита коју су открили Јоханнес Г. Беднорз и Ц.А. Милера 1986. за шта су добили Нобелову награду. Ови нови керамички суперпроводници (2) су направљени од бакра и кисеоника помешаних са другим елементима као што су лантан, баријум и бизмут.

2. Керамичка плоча која лебди изнад моћних магнета

Са наше тачке гледишта, "високотемпературна" суперпроводљивост је и даље била веома ниска. За нормалне притиске граница је била -140°Ц, а чак су и такви суперпроводници називани "високотемпературни". Температура суперпроводљивости од -70°Ц за водоник сулфид је достигнута при екстремно високим притисцима. Међутим, високотемпературни суперпроводници захтевају релативно јефтин течни азот, а не течни хелијум за хлађење, што је неопходно.

С друге стране, то је углавном ломљива керамика, није баш практична за употребу у електричним системима.

Научници и даље верују да постоји боља опција која чека да буде откривена, диван нови материјал који ће задовољити критеријуме као што су суперпроводљивост на собној температуриприступачан и практичан за употребу. Нека истраживања су се фокусирала на бакар, сложени кристал који садржи слојеве атома бакра и кисеоника. Истраживања се настављају на неким аномалним, али научно необјашњивим извештајима да графит натопљен водом може да делује као суперпроводник на собној температури.

Последње године су биле права струја „револуција“, „пробоја“ и „нових поглавља“ у области суперпроводљивости на вишим температурама. У октобру 2020. године, забележена је суперпроводљивост на собној температури (на 15°Ц). угљен-дисулфид хидрид (3), међутим, при веома високом притиску (267 ГПа) који генерише зелени ласер. Свети грал, који би био релативно јефтин материјал који би био суперпроводљив на собној температури и нормалном притиску, тек треба да буде пронађен.

3. Материјал на бази угљеника који је суперпроводљив на 15°Ц.

Зора магнетног доба

Набрајање могућих примена високотемпературних суперпроводника може почети са електроником и рачунарима, логичким уређајима, меморијским елементима, прекидачима и везама, генераторима, појачавачима, акцелераторима честица. Следећи на листи: високоосетљиви уређаји за мерење магнетних поља, напона или струја, магнети за МРИ медицински уређаји, уређаји за складиштење магнетне енергије, лебдећи возови, мотори, генератори, трансформатори и далеководи. Главне предности ових суперпроводних уређаја из снова биће мала дисипација снаге, велика брзина рада и екстремна осетљивост.

за суперпроводнике. Постоји разлог зашто се електране често граде у близини прометних градова. Чак 30 одсто. створена од њих Електрична енергија може се изгубити на далеководима. Ово је чест проблем са електричним уређајима. Већина енергије одлази на топлоту. Због тога је значајан део површине рачунара посвећен деловима за хлађење који помажу у расипању топлоте коју стварају кола.

Суперпроводници решавају проблем губитака енергије за топлоту. У оквиру експеримената, научници, на пример, успевају да зараде за живот електрична струја унутар суперпроводног прстена преко две године. И то без додатне енергије.

Једини разлог зашто је струја стала је зато што није било приступа течном хелијуму, а не зато што струја није могла да настави да тече. Наши експерименти нас наводе да верујемо да струје у суперпроводним материјалима могу тећи стотинама хиљада година, ако не и више. Електрична струја у суперпроводницима може тећи заувек, преносећи енергију бесплатно.

в нема отпора огромна струја могла би да протиче кроз суперпроводну жицу, која је заузврат генерисала магнетна поља невероватне снаге. Могу да се користе за левитацију маглев возова (4), који већ могу да достигну брзине до 600 км/х и засновани су на суперпроводни магнети. Или их користите у електранама, замењујући традиционалне методе у којима се турбине окрећу у магнетним пољима за производњу електричне енергије. Моћни суправодљиви магнети могу помоћи у контроли реакције фузије. Суперпроводна жица може деловати као идеалан уређај за складиштење енергије, а не као батерија, а потенцијал у систему ће бити очуван хиљаду и милион година.

У квантним рачунарима, можете тећи у смеру казаљке на сату или супротно од казаљке на сату у суперпроводнику. Бродски и аутомобилски мотори били би десет пута мањи него данас, а скупе медицинске дијагностичке МРИ машине стајале би на длану. Прикупљена са фарми у огромним пустињским пустињама широм света, соларна енергија се може складиштити и преносити без икаквих губитака.

4. Јапански маглев воз

Према речима физичара и познатог популаризатора науке, Какутехнологије као што су суперпроводници ће увести нову еру. Да још увек живимо у ери електрицитета, суперпроводници на собној температури донели би са собом еру магнетизма.