Իսկ եթե... մենք ստանանք բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչներ: Հույսի կապերը
Պարունակություն
Անկորուստ էլեկտրահաղորդման գծեր, ցածր ջերմաստիճանի էլեկտրատեխնիկա, գերէլեկտրամագնիսներ վերջապես մեղմորեն սեղմում են միլիոնավոր աստիճանների պլազմա միաձուլման ռեակտորներում, հանգիստ և արագ Maglev երկաթուղի: Մենք այնքան հույս ունենք գերհաղորդիչների հետ...
Գերհաղորդականություն կոչվում է զրոյական էլեկտրական դիմադրության նյութական վիճակը. Սա ձեռք է բերվում որոշ նյութերում շատ ցածր ջերմաստիճաններում: Նա բացահայտել է այս քվանտային երեւույթը Կամերլինգ Օննես (1) սնդիկի մեջ, 1911 թ.։ Դասական ֆիզիկան չի կարող հաղթահարել դրա նկարագրությունը։ Բացի զրոյական դիմադրությունից, գերհաղորդիչների ևս մեկ կարևոր հատկանիշ է մղել մագնիսական դաշտը իր ծավալիցայսպես կոչված Մայսների էֆեկտը (I տիպի գերհաղորդիչներում) կամ մագնիսական դաշտի կենտրոնացումը «պտույտների» մեջ (II տիպի գերհաղորդիչներում):
Գերհաղորդիչների մեծ մասն աշխատում է բացարձակ զրոյին մոտ ջերմաստիճանում: Հաղորդվում է 0 Կելվին (-273,15 °C): Ատոմային շարժում այս ջերմաստիճանում գրեթե չկա: Սա գերհաղորդիչների բանալին է: Ինչպես միշտ էլեկտրոնները հաղորդիչով շարժվելով բախվում են այլ թրթռացող ատոմների հետ՝ առաջացնելով էներգիայի կորուստ և դիմադրություն. Այնուամենայնիվ, մենք գիտենք, որ գերհաղորդականությունը հնարավոր է ավելի բարձր ջերմաստիճաններում: Աստիճանաբար մենք հայտնաբերում ենք նյութեր, որոնք ցույց են տալիս այս ազդեցությունը Ցելսիուսի ցածր ջերմաստիճանում, իսկ վերջերս նույնիսկ դրական Ցելսիուսի դեպքում: Այնուամենայնիվ, սա կրկին սովորաբար ներառում է չափազանց բարձր ճնշման կիրառում: Ամենամեծ երազանքն է ստեղծել այս տեխնոլոգիան սենյակային ջերմաստիճանում՝ առանց հսկայական ճնշման։
Գերհաղորդականության վիճակի առաջացման ֆիզիկական հիմքն է բեռ գրավիչների զույգերի ձևավորում - այսպես կոչված Կուպեր. Նման զույգերը կարող են առաջանալ նույն էներգիայով երկու էլեկտրոնների միացման արդյունքում Ֆերմի էներգիա, այսինքն. ամենափոքր էներգիան, որով ֆերմիոնային համակարգի էներգիան կավելանա ևս մեկ տարր ավելացնելուց հետո, նույնիսկ երբ դրանք միացնող փոխազդեցության էներգիան շատ փոքր է։ Սա փոխում է նյութի էլեկտրական հատկությունները, քանի որ միայնակ կրիչները ֆերմիոններ են, իսկ զույգերը՝ բոզոններ։
Համագործակցել հետևաբար, դա երկու ֆերմիոնների (օրինակ՝ էլեկտրոնների) համակարգ է, որոնք փոխազդում են միմյանց հետ բյուրեղային ցանցի թրթռումների միջոցով, որոնք կոչվում են ֆոնոններ։ Երևույթը նկարագրվեց Լեոնան համագործակցում է 1956 թվականին և հանդիսանում է ցածր ջերմաստիճանի գերհաղորդականության BCS տեսության մի մասը։ Ֆերմիոնները, որոնք կազմում են Կուպերի զույգը, ունեն կիսասպիններ (որոնք ուղղված են հակառակ ուղղություններով), բայց արդյունքում առաջացող համակարգի սպինը լի է, այսինքն՝ Կուպերի զույգը բոզոն է։
Որոշ տարրեր գերհաղորդիչներ են որոշակի ջերմաստիճաններում, օրինակ՝ կադմիումը, անագը, ալյումինը, իրիդիումը, պլատինը, մյուսները գերհաղորդականության մեջ են մտնում միայն շատ բարձր ճնշման դեպքում (օրինակ՝ թթվածին, ֆոսֆոր, ծծումբ, գերմանիում, լիթիում) կամ բարակ շերտերի ձև (վոլֆրամ, բերիլիում, քրոմ), և որոշները դեռ չեն կարող գերհաղորդիչ լինել, օրինակ՝ արծաթը, պղինձը, ոսկին, ազնիվ գազերը, ջրածինը, թեև ոսկին, արծաթը և պղինձը սենյակային ջերմաստիճանում լավագույն հաղորդիչներից են:
«Բարձր ջերմաստիճանը» դեռ պահանջում է շատ ցածր ջերմաստիճան
In 1964 տարի William A. Little առաջարկել է բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդականության առկայության հնարավորությունը օրգանական պոլիմերներ. Այս առաջարկը հիմնված է էքսիտոնի միջնորդավորված էլեկտրոնների զուգավորման վրա՝ ի տարբերություն BCS տեսության ֆոնոնային միջնորդավորված զուգավորման: «Բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչներ» տերմինը օգտագործվել է պերովսկիտային կառուցվածքով կերամիկայի նոր ընտանիքը նկարագրելու համար, որը հայտնաբերել են Յոհաննես Գ. Բեդնորցը և Կ.Ա. Մյուլլերը 1986 թվականին, ինչի համար նրանք ստացել են Նոբելյան մրցանակ։ Այս նոր կերամիկական գերհաղորդիչները (2) պատրաստվել են պղնձից և թթվածնից՝ խառնված այլ տարրերի հետ, ինչպիսիք են լանթանը, բարիումը և բիսմութը:
2. Հզոր մագնիսների վերևում լողացող կերամիկական ափսե
Մեր տեսանկյունից «բարձր ջերմաստիճանի» գերհաղորդականությունը դեռ շատ ցածր էր։ Նորմալ ճնշման դեպքում սահմանը եղել է -140°C, և նույնիսկ այդպիսի գերհաղորդիչներն անվանվել են «բարձր ջերմաստիճան»։ Ջրածնի սուլֆիդի համար գերհաղորդականության ջերմաստիճանը՝ -70°C, ձեռք է բերվել չափազանց բարձր ճնշումների դեպքում: Այնուամենայնիվ, բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչները սառեցման համար պահանջում են համեմատաբար էժան հեղուկ ազոտ, այլ ոչ թե հեղուկ հելիում, ինչը կարևոր է:
Մյուս կողմից, այն հիմնականում փխրուն կերամիկական է, շատ գործնական չէ էլեկտրական համակարգերում օգտագործելու համար:
Գիտնականները դեռ կարծում են, որ կա ավելի լավ տարբերակ, որը սպասում է հայտնաբերմանը, նոր ուշագրավ նյութ, որը կհամապատասխանի այնպիսի չափանիշներին, ինչպիսիք են. գերհաղորդականություն սենյակային ջերմաստիճանում, մատչելի և գործնական օգտագործման համար։ Որոշ հետազոտություններ կենտրոնացել են պղնձի վրա՝ բարդ բյուրեղի, որը պարունակում է պղնձի և թթվածնի ատոմների շերտեր: Հետազոտությունները շարունակվում են որոշ անոմալ, բայց գիտականորեն անբացատրելի զեկույցների վերաբերյալ, որ ջրով ներծծված գրաֆիտը սենյակային ջերմաստիճանում կարող է հանդես գալ որպես գերհաղորդիչ:
Վերջին տարիները եղել են «հեղափոխությունների», «ճեղքումների» և «նոր գլուխների» իսկական հոսք բարձր ջերմաստիճաններում գերհաղորդականության ոլորտում: 2020 թվականի հոկտեմբերին գրանցվել է գերհաղորդականություն սենյակային ջերմաստիճանում (15°C-ում): ածխածնի դիսուլֆիդ հիդրիդ (3), սակայն, կանաչ լազերի կողմից առաջացած շատ բարձր ճնշման դեպքում (267 ԳՊա): Սուրբ Գրաալը, որը համեմատաբար էժան նյութ կլիներ, որը գերհաղորդվում է սենյակային ջերմաստիճանում և նորմալ ճնշման պայմաններում, դեռևս չի հայտնաբերվել:
3. Ածխածնի վրա հիմնված նյութ, որը գերհաղորդիչ է 15°C ջերմաստիճանում:
Մագնիսական դարաշրջանի արշալույս
Բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչների հնարավոր կիրառությունների ցանկը կարող է սկսվել էլեկտրոնիկայից և համակարգչային տեխնոլոգիայից, տրամաբանական սարքերից, հիշողության տարրերից, անջատիչներից և միացումներից, գեներատորներից, ուժեղացուցիչներից, մասնիկների արագացուցիչներից: Ցանկում հաջորդը՝ մագնիսական դաշտերի, լարումների կամ հոսանքների չափման բարձր զգայուն սարքեր, մագնիսներ բժշկական MRI մեքենաներ, մագնիսական էներգիայի պահպանման սարքեր, լևիտացող փամփուշտ գնացքներ, շարժիչներ, գեներատորներ, տրանսֆորմատորներ և էլեկտրահաղորդման գծեր։ Այս երազի գերհաղորդիչ սարքերի հիմնական առավելությունները կլինեն ցածր էներգիայի սպառումը, աշխատանքի բարձր արագությունը և ծայրահեղ զգայունություն.
Գերհաղորդիչների համար. Մի պատճառ կա, որ էլեկտրակայանները հաճախ կառուցվում են բանուկ քաղաքների մոտ: Նույնիսկ 30 տոկոս: նրանց կողմից ստեղծված Էլեկտրական էներգիա այն կարող է կորել էլեկտրահաղորդման գծերում: Սա էլեկտրական սարքերի հետ կապված ընդհանուր խնդիր է: Էներգիայի մեծ մասը ծախսվում է ջերմության վրա։ Հետևաբար, համակարգչի մակերեսի զգալի մասը հատկացված է հովացման բաղադրիչներին, որոնք օգնում են ցրել շղթաների կողմից առաջացած ջերմությունը:
Գերհաղորդիչները լուծում են ջերմության պատճառով էներգիայի կորստի խնդիրը։ Փորձերի շրջանակներում գիտնականներին, օրինակ, հաջողվում է օրվա հաց վաստակել էլեկտրական հոսանք գերհաղորդիչ օղակի ներսում ավելի քան երկու տարի: Եվ սա առանց լրացուցիչ էներգիայի։
Հոսանքի դադարեցման միակ պատճառն այն էր, որ հեղուկ հելիումի հասանելիություն չկար, այլ ոչ այն պատճառով, որ հոսանքը չէր կարող շարունակել հոսել: Մեր փորձերը մեզ ստիպում են ենթադրել, որ գերհաղորդիչ նյութերի հոսանքները կարող են հոսել հարյուր հազարավոր տարիներ, եթե ոչ ավելի: Գերհաղորդիչներում էլեկտրական հոսանքը կարող է հոսել ընդմիշտ՝ անվճար փոխանցելով էներգիան:
в ոչ մի դիմադրություն Հսկայական հոսանք կարող էր հոսել գերհաղորդիչ մետաղալարի միջով, որն իր հերթին առաջացրեց անհավանական հզորության մագնիսական դաշտեր: Դրանք կարող են օգտագործվել մագնիսական գնացքների թռիչքի համար (4), որոնք արդեն կարող են զարգացնել մինչև 600 կմ/ժ արագություն և հիմնված են. գերհաղորդիչ մագնիսներ. Կամ օգտագործել դրանք էլեկտրակայաններում՝ փոխարինելով ավանդական մեթոդները, որոնք պտտում են տուրբինները մագնիսական դաշտերում՝ էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար: Հզոր գերհաղորդիչ մագնիսները կարող են օգնել վերահսկել միջուկային միաձուլման ռեակցիաները: Գերհաղորդիչ մետաղալարը կարող է հանդես գալ որպես էներգիայի պահպանման իդեալական սարք, այլ ոչ թե մարտկոց, իսկ ներուժը համակարգում կպահպանվի հազար ու միլիոն տարի:
Քվանտային համակարգիչներում գերհաղորդիչում կարող եք հոսել ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ կամ հակառակ ուղղությամբ: Նավերի և մեքենաների շարժիչները տասն անգամ ավելի փոքր կլինեն, քան այսօր, և թանկարժեք բժշկական ախտորոշիչ ՄՌՏ մեքենաները կտեղավորվեին ձեռքի ափի մեջ: Աշխարհի հսկայական անապատային անապատներում գտնվող ֆերմաներից հավաքված արևային էներգիան կարող է պահպանվել և փոխանցվել առանց որևէ կորստի:
4. Ճապոնական Maglev գնացք
Ըստ ֆիզիկոսի և գիտության հայտնի հանրահռչակողի. ԿակուՏեխնոլոգիաները, ինչպիսիք են գերհաղորդիչները, կսկսեն նոր դարաշրջան: Եթե մենք դեռ ապրեինք էլեկտրականության դարաշրջանում, սենյակային ջերմաստիճանի գերհաղորդիչները իրենց հետ կբերեին մագնիսականության դար:
