Ar aukštos temperatūros superlaidininkai daro kokią nors pažangą?

Kai medžiagos praleidžia elektrą, dalis energijos iššvaistoma kaip šiluma. Šis praradimas žinomas kaip pasipriešinimas. Tačiau tam tikromis sąlygomis kai kurios medžiagos visiškai neturi atsparumo. Šios medžiagos vadinamos superlaidininkais, o dėl jų efektyvumo perduodant elektrą ir kuriant magnetinius laukus jos yra labai svarbios tokiose srityse kaip magnetinio rezonanso tomografijos (MRT) aparatai ir Japonijos itin greita maglev traukinių sistema.

Mokslininkai matė, kad medžiaga trumpam praranda elektrinę varžą kambario temperatūroje, kai impulsuojama lazeriu. Jo struktūra pavaizduota čia.

Tačiau šie įprasti superlaidininkai turi būti aušinami skystu heliu iki maždaug –270 °C, o tai yra brangu ir riboja, kur juos galima naudoti. Aukštos temperatūros superlaidininkai, pirmą kartą pagaminti devintajame dešimtmetyje, tampa superlaidūs maždaug –135 °C temperatūroje, o tai leidžia atlikti praktiškesnius aušinimo procesus, kuriuose naudojamas skystas azotas. Šios medžiagos gali turėti daugiau naudos, pvz., tiekti daugiau energijos miestams ir kaupti jų tinklus (žr. Superlaidieji magnetai tinklo masto saugojimui). Jie taip pat galėtų labai sumažinti vėjo energijos generatorių dydį ir gali būti naudojami superkompiuteriuose.

Aukštos temperatūros superlaidininkai buvo demonstruojami keliose nišose, įskaitant kabelių tiekimą į Long Ailendą (žr. „Tvirtesnis tinklas Manhetenui“) ir JAV karinio jūrų laivyno laive. Čikagos komunalinė įmonė svarsto apie superlaidžius kabelius 10 kartų tiek pat galios, kiek tokio pat dydžio variniai laidai. Jie galėtų padėti sumažinti elektros energijos tiekimo nutraukimus, nes jie gali greitai perkelti elektros energiją tarp pastočių tiek, kad pakeptų tradicinė įranga.

Tačiau naujesnės medžiagos yra ribotos, nes jas sunku pagaminti. Mokslininkai vis dar bando sužinoti daugiau apie tai, kaip veikia šie aukštos temperatūros superlaidininkai, siekdami vieną dieną sukurti medžiagas, turinčias šias savybes kambario temperatūroje. Pastaruoju metu šioje srityje buvo padaryta tam tikra pažanga.

Apšilimas

Fizikai Hamburge Maxo Plancko materijos struktūros ir dinamikos institutas parodė, kad aukštos temperatūros superlaidininkas, veikiamas infraraudonųjų spindulių lazerio impulsų, kambario temperatūroje prarado elektrinę varžą. Atrodė, kad lazerio impulsai perslinko atomus keraminės medžiagos kristalinėje gardelėje, teigia mokslininkai. Gamta laišką. Šis pokytis buvo pastebėtas tik trilijonus sekundės, tačiau mokslininkams jis gali suteikti daugiau užuominų apie tai, kaip sukurti superlaidininkus, veikiančius aukštesnėje temperatūroje.

Prie Pietų Kalifornijos universitetas , mokslininkai surinko aliuminio atomų sankaupą, kuri parodė superlaidumą –173 °C, o ne –272 °C temperatūroje, kuri reikalinga tipiškam aliuminiui paversti superlaidininku. Tyrimas buvo paskelbtas m Nano raidės sausio 28 dieną.

Daugiau eksperimentų

Kadangi mokslininkai tiksliai nežino, dėl ko medžiagos veikia kaip aukštos temperatūros superlaidininkai, naujų radimo procesas buvo sunkus. Praėjusį birželį Kembridžo universiteto mokslininkai išsiaiškino, kad superlaidumas šiose medžiagose kyla iš susisukusių elektronų kišenių. Išsami informacija aprašyta liepos mėnesio laiške Gamta . Universitetas pateikia šių kišenių nuotrauką ir daugiau informacijos apie tyrimą čia.

Kornelio universiteto mokslininkai, bendradarbiaudami su Japonijos, Taivano ir Škotijos mokslininkais, aprašo, kaip jie galėjo rasti piršto atspaudas būdingas elektronų aktyvumas aukštos temperatūros geležies superlaidininkuose. Mokslininkai šį teorinį požiūrį apibūdina a Gamtos fizika laišką.

Tuo pačiu metu kai kurie atradimai sukelia nesėkmių mokslininkams. A Gamtos fizika Pavyzdžiui, straipsnyje Stanfordo mokslininkai paaiškina, kaip jie atrado netikėtą vario oksido medžiagos elgesį. Animacinis vaizdo įrašas rodo ką jie rado.

Stipresnės medžiagos

Kai kurie šiuolaikiniai aukštos temperatūros superlaidininkai gali nešti tiek daug srovės, kad sukuria 100 kartų galingesnius magnetinius laukus nei šaldytuvo magnetas. Medžiaga turi sugebėti išlaikyti to magnetinio lauko stiprumą, kitaip ji sprogs. Praėjusį birželį inžinieriai iš Kembridžo universiteto, Floridos valstijos universiteto ir „Boeing“. sumušė 2003 metų rekordą magnetinės jėgos, kuri gali būti įstrigusi superlaidininko viduje, stiprumui. Rezultatai buvo išsamiai aprašyti Superlaidininkų mokslas ir technologija .

Išsinešimas:

Besitęsiantys klausimai, kodėl medžiagos tampa aukštos temperatūros superlaidininkais, apsunkino naujų, praktiškesnių gaminti ir naudoti kūrimą. Michaelas Normanas, žymus Argonne nacionalinės laboratorijos bendradarbis, neseniai apibūdino aukštos temperatūros superlaidininkų tyrimus per daugelį metų. Gamta apžvalga. Tai padeda parodyti, kodėl galutinis tikslas sukurti kambario temperatūros superlaidininką yra toli.

Turite didelį klausimą? Pasiūlymus siųskite adresu [email protected].

paslėpti