Рубрики
Свeрxпрoвoдники-этo Святoй Грaaль физикoв и мaтeриaлoвeдoв. Эти мaтeриaлы пoзвoляют элeктричeскoму тoку свoбoднo тeчь бeз всякoгo сoпрoтивлeния. Oднaкo, этo вoзмoжнo тoлькo при тeмпeрaтурe нa нeскoлькo грaдусoв вышe aбсoлютнoгo нуля, чтo зaтрудняeт иx ширoкoe примeнeниe. Oднaкo, если бы мы сумели использовать мощь сверхпроводимости при комнатной температуре, мы можем изменить в процессе производства, хранения, распределения энергии, и фантазия станет реальностью.
Не так давно исследователи из национальной лаборатории Министерства энергетики Брукхейвенской на один шаг ближе к пониманию того, как сделать такой прорыв. Исследование, проведенное под руководством физик Иван Божович, была приурочена к классу соединений, называемых купрат, они содержат слои из атомов меди и кислорода.
При определенных условиях, которые до сих пор включают в себя ультра-низкой температуры электрические токи свободно течь через купратных сверхпроводников, без того, чтобы столкнуться на пути любые препятствия. То есть, они представляются электрическая энергия не превращается в тепло. Если вы никогда не держали ноутбук на коленях, вы должны понимать, что потери тепла из-за сверхпроводящего материала.
Создание необходимых условий для сверхпроводимости в купратах, также включает в себя добавление других химических элементов, таких как стронций. Добавление этих атомов и охлаждения материала, можно убедиться, что электроны, которые обычно отталкиваются друг от друга — расположены попарно и легко ориентироваться в материале. Что особенного в этих купратов? Тот факт, что они могут достичь этого «волшебного» состояния и при температуре в сотни градусов выше, чем те, которые обычно работают на сверхпроводниках. Это делает купрат очень перспективным для реальных приложений.
Эти материалы не требуют охлаждения, так что они могут быть сравнительно легко и недорого интегрировать в повседневную жизнь. Представьте электросетей, которые никогда не теряют энергию; чем больше система поездов на магнитной подушке; дешевые методы магнитно-резонансной томографии и небольшой, но очень мощных суперкомпьютеров.
Чтобы узнать секрет «высокотемпературной» сверхпроводимости в купратах, ученые должны понять, как электроны ведут себя в этих материалах. Группа Божович в настоящее время решить часть головоломки, чтобы определить, что контролирует температуры, при которой становится сверхпроводящих купратов.
В стандартной теории сверхпроводимости говорит, что эта температура определяется сила взаимодействия пары электронов, но командование Божович пришли к разным выводам. После 10 лет подготовки и анализа более 2000 образцов купратов, изменения в составе стронция, они обнаружили, что число электронных пар в определенной области (скажем, в кубическом сантиметре), или плотность электронных пар определяет температуру перехода в сверхпроводящее состояние. Иными словами, отвечает за все, не твердость и плотность, в этом случае пар электронов.
Ученые пришли к этому выводу путем измерения, как далеко может магнитное поле проникает в образец. Это расстояние напрямую связана с плотностью электронных пар и варьируется в зависимости от материала изделий. В сверхпроводниках магнитное поле выталкивается; металлы в проникать. С большим количеством купрат strine становится более ща за счет увеличения числа подвижных электронов. Однако, ученые заметили, что если добавить больше стронция, число электронных пар уменьшается, пока оно полностью. В то же время температура сверхпроводящего перехода стремится к нулю. Божович и его команда тоже удивился, что пара собирается только часть электронов, хотя все, что вам нужно.
Представьте такую аналогию. Вы танцуете в бальном зале, и в какой-то момент другие люди, которые обычно не идут рука об руку — начинают собираться в пары и двигаются в унисон. Приходят новые люди, также, случается пару и вступить в гармоничный танец. Но, потом что-то странное происходит. Независимо от количества людей на танцполе, только часть из них образуют пары, несмотря на то, что можете. И, в конечном счете, несколько пар осталось.
Почему танцовщицы, или электронов, на самом деле, в пар? Ответ на этот вопрос будет следующий шаг к разгадке механизма высокотемпературной сверхпроводимости в купратах. Эта тайна будоражит физиков на протяжении более 30 лет.
Ученые близки к разгадке тайны высокотемпературных сверхпроводников
Илья Хель