211service.com
Naujas superlaidininkas
Šių metų pradžioje atrasta nauja aukštos temperatūros superlaidininkų klasė veikia visiškai kitaip nei anksčiau žinomi vario ir deguonies superlaidininkai. Atrodo, kad naujosios medžiagos vadovaujasi superlaidumo mechanizmu, kuris anksčiau buvo aptiktas tik medžiagose, kurios yra superlaidžios labai žemoje temperatūroje, Chia-Ling Chien ir jo kolegos iš Johns Hopkins universiteto praneša internete Gamta popierius.
Nėra pasipriešinimo: Naujuose superlaidininkuose yra kintamų sluoksnių geležies arsenido (oranžinės ir raudonos spalvos) ir retųjų žemių metalų oksidų (mėlynos ir pilkos spalvos), legiruotų fluoru (žalios spalvos). Geležies arsenido junginiai tampa superlaidžiais esant santykinai aukštai 55 K temperatūrai, todėl mokslininkai dabar pradeda iššifruoti jų superlaidumo mechanizmą.
Ši įžvalga yra svarbus žingsnis siekiant suprasti, kaip veikia superlaidininkai, ir tai gali padėti mokslininkams kurti dar geresnes medžiagas. Aukštos temperatūros superlaidininkai gali lemti pigesnius MRT aparatus; mažesni, lengvesni maitinimo laidai; ir kur kas efektyvesnius bei saugesnius elektros tinklus. Pavyzdžiui, komunalinės įmonės galėtų naudoti superlaidžius magnetus energijai kaupti naktį, o tada rytais ir vakarais naudoti piko metu.
Superlaidžios medžiagos praleidžia elektros srovę be nuostolių, kai jos atšaldomos žemiau tam tikros temperatūros, vadinamos kritine. Niobio lydiniai, naudojami MRT aparatų superlaidiesiems magnetams gaminti, yra superlaidūs tik žemesnėje nei 10 K temperatūroje. Vario ir deguonies junginiai, arba kupratai, kurie buvo atrasti devintojo dešimtmečio pabaigoje, superlaidūs daug aukštesnėje 90–138 K temperatūroje. , pigus, lengvai naudojamas skystas azotas gali būti naudojamas kaip šaltnešis. (MRT magnetams kupratai nenaudojami, nes iš jų pagaminti laidus sunku ir brangu.) Kai kurie gamintojai gamina azotu aušinamus superlaidžius kabelius perdavimo linijoms.
Tačiau mokslininkai jau seniai bandė rasti medžiagų, kurių kritinė temperatūra būtų dar aukštesnė. Šventasis Gralis veikia [superlaidininkus] kambario temperatūroje, sako fizikas Džefris Linas , kuris Nacionaliniame standartų ir technologijų institute studijuoja superlaidininkus. Superlaidieji maitinimo kabeliai, MRT aparatai ir energijos kaupimo įrenginiai būtų pigesni ir mažesni, jei jiems nereikėtų aušinti.
Naujieji geležies arsenido superlaidininkai parodė potencialą pasiekti aukštą kritinę temperatūrą. Tokijo technologijos instituto mokslininkai pirmą kartą pranešė vasario mėn Amerikos chemijos draugijos žurnalas kad lantano geležies arsenido medžiaga tampa superlaidžia esant 26 K temperatūrai. Nuo tada Kinijos mokslininkai padidino kritinę temperatūrą iki 55 K. Tai nėra beveik tokia aukšta kaip kupratų superlaidumo temperatūra, tačiau Johns Hopkins's Chien teigia, kad tai yra nauja medžiaga, kurią reikia ištirti, ir tikimasi, kad sulauksime dar aukštesnės temperatūros.
Dėl naujos medžiagos cheminės struktūros ji yra ypač įdomi. Jame yra retųjų žemių metalų oksidų, įterptų tarp geležies arsenido sluoksnių. Struktūra leidžia atlikti daugybę smulkmenų, kurios pakeičia medžiagos savybes, sako Lynnas. Tyrėjai, pavyzdžiui, gali pakeisti geležį, arseną ar retųjų žemių metalus kitais elementais. Tiesą sakant, Kinijos mokslininkai originalioje Japonijos medžiagoje lantaną pakeitė kitais retųjų žemių metalais, pavyzdžiui, samariumi, kad kritinė temperatūra pakiltų virš 50 K. Yra daugybė skirtingų cheminių pakaitalų tipų, kuriuos galite išbandyti, sako Lynnas. Jie iš tikrųjų yra lankstesni nei kupratai.
Nauji superlaidininkai taip pat gali turėti dar vieną esminį pranašumą, sako Davidas Christenas, vadovaujantis superlaidininkų tyrimams Oak Ridge nacionalinėje laboratorijoje. Nors kuprato maitinimo kabeliai turi būti gaminami kaip specialiai suprojektuotos plokščios juostos, gali būti lengviau pagaminti laidus iš geležies arsenido puslaidininkių. Šios medžiagos gali būti praktiškesnės nei kupratai, jei paaiškėtų, kad jas lengviau ir pigiau pagaminti, sako Christen.
Tyrėjai taip pat tikisi, kad geležies arsenidai padės atskleisti paslaptį, kaip veikia aukštos temperatūros superlaidininkai. Tai bus svarbiausia kuriant medžiagas su dar aukštesne kritine temperatūra. Superlaidininkuose, kurie veikia labai žemoje temperatūroje, tokiuose kaip niobis ir švinas, elektronai sudaro poras žemiau kritinės temperatūros. Atomai ar kristalo defektai neturi energijos, reikalingos porai sulaužyti ir elektronams nukreipti. Taigi elektronų pora netrukdomai susisuka aplink medžiagą, sukeldama superlaidumą. Tačiau ši poravimo teorija negalioja aukštos temperatūros vario ir deguonies medžiagoms.
Savo Gamta Chienas ir jo kolegos rodo įrodymų, kad poravimo teorija gali būti taikoma geležies arsenido superlaidininkams. Chien sako, kad elektronų poravimas yra superlaidininko siela. Jei naujosios medžiagos laikysis [suporavimo] teorijos, tada... galėsime šiek tiek lengviau suprasti medžiagas.
Norint patvirtinti, kaip veikia superlaidininkai, reikės daugiau įrodymų iš eksperimentų su daugybe skirtingų geležies arsenido junginių. Pengcheng Dai , fizikos profesorius Tenesio universitete, Noksvilyje. Johnso Hopkinso darbas yra tik viena dėlionės dalis, sako jis. Iš tiesų, nors geležies arsenidų poravimo mechanizmas gali skirtis nuo vario ir deguonies junginių, šios dvi medžiagos taip pat turi panašumų. Neseniai paskelbtame internetiniame dokumente, taip pat paskelbtame m Gamta , Dai ir Lynn parodė, kad abi medžiagos turi pagrindines magnetines savybes. Ir abi medžiagos taip pat turi panašią sluoksniuotą struktūrą.
Gali būti per anksti pasakyti, kiek naudingi bus geležies arsenido superlaidininkai. Kol kas Dai sako, kad mokslininkai džiaugiasi sulaužę 22 metus trukusį kupratų monopolį ir turėdami naują aukštos temperatūros superlaidininką.