Telpu temperatūras supravadītāju meklējumos

Iedomājieties pasauli, kurā magnētiskās levitācijas (maglev) vilcieni ir ikdienišķa parādība, datori ir ātri zibens, barošanas kabeļiem ir maz zudumu, un pastāv jauni daļiņu detektori. Šī ir pasaule, kurā istabas temperatūras supravadītāji ir realitāte. Pagaidām tas ir nākotnes sapnis, taču zinātnieki tuvāk nekā jebkad agrāk sasniedz istabas temperatūras supravadītspēju.

Istabas temperatūras supravadītājs (RTS) ir augstas temperatūras supravadītājs (augsta T_c vai HTS), kas darbojas tuvāk telpas temperatūra nekā līdz absolūtā nulle. Tomēr darba temperatūra virs 0 ° C (273,15 K) joprojām ir daudz zemāka par to, ko vairums no mums uzskata par “normālu” istabas temperatūru (no 20 līdz 25 ° C). Zem kritiskās temperatūras, supravadītājs ir nulle elektriskā pretestība un magnētiskās plūsmas lauku izraidīšana. Kaut arī tā ir pārāk vienkāršošana, supravadītspēju var uzskatīt par perfektu stāvokli elektriskā vadītspēja.

Augstas temperatūras supravadītāji uzrāda supravadītspēju virs 30 K (–243,2 ° C). Kaut arī tradicionālais supravadītājs ir jāatdzesē ar šķidru hēliju, lai tas kļūtu supravadītspējīgs, supravadītājs ar augstu temperatūru var būt

Supravadītspējas kritiskās temperatūras paaugstināšana līdz praktiskai temperatūrai ir svēts Grālis fiziķiem un elektromehāniķiem. Daži pētnieki uzskata, ka supravadītspēja istabas temperatūrā nav iespējama, savukārt citi norāda uz sasniegumiem, kas jau ir pārsnieguši iepriekš pausto pārliecību.

Supravadītspēju 1911. gadā atklāja Heike Kamerlingh Onnes cietajā dzīvsudrabā, kas atdzesēts ar šķidru hēliju (1913. gada Nobela prēmija fizikā). Tikai 1930. gados zinātnieki ierosināja izskaidrot, kā darbojas supravadītspēja. 1933. gadā Fritz un Heinz London paskaidroja Meisnera efekts, kurā supravadītājs izstaro iekšējos magnētiskos laukus. No Londonas teorijas skaidrojumi pieauga, iekļaujot Ginzburgas-Landau teoriju (1950) un mikroskopisko BCS teoriju (1957, nosaukta par Bardeen, Cooper un Schrieffer). Saskaņā ar BCS teoriju, šķiet, ka supravadītspēja ir aizliegta temperatūrā virs 30 K. Tomēr 1986. gadā Bednorca un Müller atklāja pirmo augstas temperatūras supravadītāju - lantāna bāzes kuperāta perovskita materiālu ar pārejas temperatūru 35 K. Šis atklājums viņiem nopelnīja 1987. gada Nobela prēmiju fizikā un pavēra iespējas jauniem atklājumiem.

Mihaila Eremetsa un viņa komandas 2015. gadā atklātais augstākās temperatūras supravadītājs ir sēra hidrīds (H₃S). Sēra hidrīda pārejas temperatūra ir aptuveni 203 K (-70 ° C), bet tikai zem ārkārtīgi augsta spiediena (ap 150 gigapaskaliem). Pētnieki prognozēt, ka varētu paaugstināties kritiskā temperatūra virs 0 ° C, ja sēra atomus aizstāj ar fosforu, platīnu, selēnu, kāliju vai telūru, un tiek veikts vēl lielāks spiediens. Kaut arī zinātnieki ir ierosinājuši sēra hidrīda sistēmas uzvedības skaidrojumus, viņi nav spējuši atkārtot elektrisko vai magnētisko izturēšanos.

Apkārtējās temperatūras supravadītspēja istabas temperatūrā ir pierādīta arī citiem materiāliem, izņemot sēra hidrīdu. Augstas temperatūras supravadītājs itrija bārija vara oksīds (YBCO) var kļūt supravadītspējīgs 300 K temperatūrā, izmantojot infrasarkanos lāzera impulsus. Cietvielu fiziķis Neils Aškrofts prognozē, ka cietā metāliskajam ūdeņradim vajadzētu būt supravadošam istabas temperatūras tuvumā. Hārvardas komanda, kas apgalvoja, ka ražo metālisku ūdeņradi, ziņoja, ka Meisnera efekts varētu būt novērots 250 K temperatūrā. Balstoties uz eksitonu mediēto elektronu savienošanu pārī (nevis BCS teorijas fononu mediēto pārī), tas ir labajā pusē organiskajos polimēros var novērot iespējamu supravadītspēju augstā temperatūrā nosacījumus.

Zinātniskajā literatūrā parādās neskaitāmi ziņojumi par istabas temperatūras supravadītspēju, tāpēc, sākot ar 2018. gadu, sasniegums šķiet iespējams. Tomēr efekts reti saglabājas ilgi un to ir velnišķīgi grūti atkārtot. Cita problēma ir tā, ka, lai sasniegtu Meissnera efektu, var būt nepieciešams ārkārtējs spiediens. Kad ir izveidots stabils materiāls, acīmredzamākie pielietojumi ietver efektīvas elektroinstalācijas un jaudīgu elektromagnētu izstrādi. No turienes debesis ir robeža, ciktāl tas attiecas uz elektroniku. Istabas temperatūras supravadītājs nodrošina iespēju nezaudēt enerģiju praktiskā temperatūrā. Lielākā daļa RTS lietojumu vēl ir jāizdomā.

• Istabas temperatūras supravadītājs (RTS) ir materiāls, kas spēj veikt supravadītspēju virs 0 ° C. Normālā istabas temperatūrā tas nebūt nav supravadītspējīgs.
• Lai gan daudzi pētnieki apgalvo, ka ir novērojuši istabas temperatūras supravadītspēju, zinātnieki nav spējuši ticami atkārtot rezultātus. Tomēr pastāv augstas temperatūras supravadītāji ar pārejas temperatūru no –243,2 ° C līdz –135 ° C.
• Istabas temperatūras supravadītāju iespējamie pielietojumi ir ātrāki datori, jaunas datu glabāšanas metodes un uzlabota enerģijas pārvade.

• Bednors, Dž. G.; Mīlers, K. A. (1986). "Iespējama augsta TC supravadītspēja Ba-La-Cu-O sistēmā". Zeitschrift für Physik B. 64 (2): 189–193.
• Drozdovs, Ā. P.; Eremets, M. I.; Trojāns, es. A.; Ksenofontovs, V.; Šilīns, S. I. (2015). "Parastā supravadītspēja pie 203 kelviniem pie augsta spiediena sēra hidrīda sistēmā". Daba. 525: 73–6.
• Ge, Y. F.; Džanga, F.; Yao, Y. G. (2016). "Pirmreizējie supravadītspējas pierādījumi pie 280 K ūdeņraža sulfīdā ar zemu fosfora aizvietojumu." Fiz. Rev. B. 93 (22): 224513.
• Khare, Neeraj (2003). Augstas temperatūras supravadītāja elektronikas rokasgrāmata. CRC Press.
• Mankovskis, R.; Subedi, A.; Först, M.; Mariagers, S. O.; Čollets, M.; Lemke, H T.; Robinsons, Dž. S.; Glownia, Dž. M.; Minitti, M P.; Frano, A.; Fechner, M.; Spaldins, N. A.; Loew, T.; Keimers, B.; Georges, A.; Kavalleri, Ā. (2014). "Nelineārā režģa dinamika kā pamats pastiprinātai supravadītspējai YBa₂Cu₃O_6.5". Daba. 516 (7529): 71–73.
• Mourachkine, A (2004). Istabas temperatūras supravadītspēja. Kembridžas starptautiskā zinātniskā izdevniecība.