Kumaha upami ... urang kéngingkeun superkonduktor suhu luhur? Beungkeut harepan

Jalur transmisi Lossless, rékayasa listrik-suhu low, superelectromagnets, tungtungna gently compressing jutaan derajat plasma dina réaktor térmonuklir, a maglev rail sepi tur gancang. Kami ngagaduhan seueur harepan pikeun superkonduktor ...

Superconduktivitas kaayaan bahan nol lalawanan listrik disebut. Ieu kahontal dina sababaraha bahan dina suhu pisan low. Anjeunna mendakan fenomena kuantum ieu Kamerling Onnes (1) dina raksa, dina 1911. Fisika klasik gagal pikeun ngajelaskeun eta. Salian nol lalawanan, fitur penting séjén tina superkonduktor nyaéta nyorong médan magnét kaluar tina volumenanu disebut éfék Meissner (dina superkonduktor tipe I) atawa fokus médan magnét kana "vortices" (dina superkonduktor tipe II).

Kaseueuran superkonduktor ngan ukur tiasa dianggo dina suhu anu caket sareng nol mutlak. Dikabarkan 0 Kelvin (-273,15 °C). Gerakan atom dina suhu ieu ampir teu aya. Ieu konci pikeun superkonduktor. Sakumaha biasa éléktron gerak dina konduktor tabrakan jeung atom ngageter séjén, ngabalukarkeun leungitna énergi jeung lalawanan. Nanging, urang terang yén superconductivity tiasa dilaksanakeun dina suhu anu langkung luhur. Saeutik demi saeutik, urang mendakan bahan anu nunjukkeun pangaruh ieu dina minus Celsius anu langkung handap, sareng ayeuna-ayeuna malah dina tambah. Sanajan kitu, ieu deui biasana pakait sareng aplikasi tekanan pisan tinggi. Impian pangbadagna nyaéta nyiptakeun téknologi ieu dina suhu kamar tanpa tekanan anu ageung.

Dasar fisik pikeun penampilan kaayaan superconductivity nyaeta formasi pasangan grabbers kargo - nu disebut Cooper. Pasangan sapertos kitu tiasa timbul salaku hasil tina ngahijikeun dua éléktron kalayan énergi anu sami. Énergi Fermi, i.e. Énergi pangleutikna ku mana énergi sistem fermionik bakal ningkat saatos ditambah hiji unsur deui, sanajan énergi interaksi antara aranjeunna leutik pisan. Ieu ngarobah sipat éléktrik tina bahan, saprak operator tunggal mangrupakeun fermion sarta pasangan boson.

Gotong royong kituna, éta sistem dua fermion (contona, éléktron) interaksi saling ngaliwatan vibrations tina kisi kristal, disebut fonon. Fenomena parantos dijelaskeun Leona gawé bareng dina 1956 sarta mangrupa bagian tina téori BCS ngeunaan superconductivity suhu-rendah. The fermion nu nyieun pasangan Cooper boga satengah spins (anu diarahkeun dina arah sabalikna), tapi spin hasilna sistem pinuh, nyaeta, pasangan Cooper boson a.

Superkonduktor dina suhu nu tangtu aya sababaraha unsur, contona, kadmium, timah, aluminium, iridium, platina, batur asup kana kaayaan superconductivity ngan dina tekanan kacida luhurna (contona, oksigén, fosfor, walirang, germanium, litium) atawa dina wangun lapisan ipis (tungsten , beryllium, kromium), sarta sababaraha bisa jadi teu acan superconducting, kayaning pérak, tambaga, emas, gas mulya, hidrogén, sanajan emas, pérak jeung tambaga diantara konduktor pangalusna dina suhu kamar.

"Suhu luhur" masih peryogi suhu anu rendah pisan

Dina taun 1964 William A. Saeutik ngusulkeun kamungkinan ayana superconductivity suhu luhur di polimér organik. Usul ieu dumasar kana papasangan éléktron anu dimédiasi exciton sabalikna tina papasangan anu dimédiasi phonon dina téori BCS. Istilah "superkonduktor suhu luhur" geus dipaké pikeun ngajelaskeun kulawarga anyar keramik perovskite kapanggih ku Johannes G. Bednorz jeung C.A. Müller dina taun 1986, anu aranjeunna nampi Hadiah Nobel. Ieu superkonduktor keramik anyar (2) dijieun tina tambaga jeung oksigén dicampurkeun jeung elemen séjén kayaning lanthanum, barium jeung bismut.

2. piring keramik hovering leuwih magnet kuat

Tina sudut pandang urang, superkonduktivitas "suhu luhur" masih rendah pisan. Pikeun tekanan normal, wates éta -140 ° C, komo superkonduktor sapertos disebut "suhu luhur". Suhu superkonduktivitas -70 ° C pikeun hidrogén sulfida parantos ngahontal dina tekanan anu luhur pisan. Sanajan kitu, superkonduktor suhu luhur merlukeun nitrogén cair rélatif murah tinimbang hélium cair pikeun cooling, nu penting.

Di sisi séjén, éta lolobana keramik regas, teu pisan praktis pikeun pamakéan dina sistem listrik.

Élmuwan masih yakin yén aya hiji pilihan hadé ngantosan kapanggih, bahan anyar éndah anu bakal minuhan kriteria kayaning superconductivity dina suhu kamaraffordable tur praktis ngagunakeun. Sababaraha panalungtikan museurkeun kana tambaga, kristal kompléks nu ngandung lapisan atom tambaga jeung oksigén. Panalungtikan dituluykeun kana sababaraha laporan anomali tapi ilmiah inexplicable yén grafit cai-soaked bisa meta salaku superkonduktor dina suhu kamar.

Taun-taun ayeuna mangrupikeun aliran "révolusi", "terobosan" sareng "bab anyar" dina widang superkonduktivitas dina suhu anu langkung luhur. Dina Oktober 2020, superkonduktivitas dina suhu kamar (dina 15 ° C) dilaporkeun dina karbon disulfida hidrida (3), kumaha oge, dina tekanan kacida luhurna (267 GPa) dihasilkeun ku laser héjo. Holy Grail, anu bakal janten bahan anu kawilang murah anu bakal superconductive dina suhu kamar sareng tekanan normal, teu acan kapendak.

3. Bahan dumasar karbon anu superconductive dina 15 ° C.

Fajar Jaman Magnét

Enumerasi kamungkinan aplikasi superkonduktor suhu luhur tiasa dimimitian ku éléktronika sareng téknologi komputer, alat logika, elemen mémori, saklar sareng sambungan, generator, amplifier, akselerator partikel. Teras dina daptar: alat anu sénsitip pisan pikeun ngukur médan magnét, tegangan atanapi arus, magnet pikeun alat médis MRI, alat panyimpen énérgi magnét, ngangkat karéta peluru, mesin, generator, trafo sareng saluran listrik. Kaunggulan utama alat superconducting ngimpi ieu bakal dissipation kakuatan low, operasi speed tinggi na sensitipitas ekstrim.

pikeun superkonduktor. Aya alesan naha pembangkit listrik mindeng diwangun deukeut kota sibuk. Malah 30 persen. dijieun ku maranéhna Énergi listrik eta bisa leungit dina jalur transmisi. Ieu mangrupikeun masalah umum sareng alat listrik. Kalolobaan énérgi mana kana panas. Ku alatan éta, bagian signifikan tina beungeut komputer ditangtayungan pikeun cooling bagian nu mantuan dissipate panas dihasilkeun ku sirkuit.

Superkonduktor ngajawab masalah leungitna énergi pikeun panas. Salaku bagian tina percobaan, élmuwan, contona, ngatur earn hirup arus listrik di jero cingcin superconducting leuwih dua taun. Sareng ieu tanpa énergi tambahan.

Hiji-hijina alesan arus lirén nyaéta kusabab teu aya aksés kana hélium cair, sanés kusabab arus henteu tiasa terus ngalir. Percobaan urang ngakibatkeun urang yakin yén arus dina bahan superconducting bisa ngalir pikeun ratusan rébu taun, lamun teu leuwih. Arus listrik dina superkonduktor bisa ngalir salawasna, mindahkeun énergi haratis.

в euweuh lalawanan arus badag bisa ngalir ngaliwatan kawat superconducting, anu dina gilirannana dihasilkeun médan magnét kakuatan luar biasa. Éta tiasa dianggo pikeun ngangkat karéta maglev (4), anu tiasa ngahontal kagancangan dugi ka 600 km/jam sareng dumasar kana magnét superconducting. Atanapi dianggo dina pembangkit listrik, ngagentos metode tradisional dimana turbin berputar dina médan magnét pikeun ngahasilkeun listrik. Magnét superkonduktor anu kuat tiasa ngabantosan ngontrol réaksi fusi. A kawat superconducting bisa meta salaku hiji alat panyimpen énergi idéal, tinimbang batré, sarta poténsi dina sistem bakal dilestarikan pikeun sarébu sarta sajuta taun.

Dina komputer kuantum, anjeun tiasa ngalir saarah jarum jam atanapi counterclockwise dina superkonduktor. Mesin kapal sareng mobil bakal sapuluh kali langkung alit tibatan ayeuna, sareng mesin MRI diagnostik médis anu mahal bakal pas dina panangan anjeun. Dikumpulkeun tina kebon di gurun gurun anu lega di sakumna dunya, tanaga surya tiasa disimpen sareng ditransfer tanpa kaleungitan.

4. karéta maglev Jepang

Numutkeun fisikawan jeung popularizer kawentar élmu, Kakutéhnologi kayaning superkonduktor bakal Usher dina jaman anyar. Upami urang masih hirup dina jaman listrik, superkonduktor dina suhu kamar bakal mawa sareng jaman magnetisme.