На один крок ближче до надпровідників при кімнатних температурах

Надпровідники – Святий Грааль енергоефективності. Ці приголомшливі матеріали дозволяють електричному струму текти вільно без опору. Але це відбувається, як правило, тільки при температурах близьких до абсолютного нуля (мінус 273 градуса), що сильно ускладнює їх використання.

Надпровідники – Святий Грааль енергоефективності. Ці приголомшливі матеріали дозволяють електричному струму текти вільно без опору. Але це відбувається, як правило, тільки при температурах близьких до абсолютного нуля (мінус 273 градуса), що сильно ускладнює їх використання.

Створення матеріалів, які б були надпровідниками при кімнатних температурах, повністю змінило б виробництво, передачу та використання електроенергії у всьому світі.

Вчені на кафедрі Брукхейвенської національної лабораторії енергетики стали на один крок ближче до розуміння того, як зробити можливою високотемпературну надпровідність. Дослідження під керівництвом фізика Івана Божовіча включає в себе клас сполук, які називаються купрати, що містять шари атомів міді та кисню.

При правильних умовах, які на даний момент означають наднизькі температури, електричний струм тече вільно через купратні надпровідники, не зустрічаючи будь-яких перешкод по дорозі. А це означає, що електрична енергія не втрачається, перетворюючись на тепло.

Створення необхідних умов для надпровідності в купратах також включає в себе додавання інших хімічних елементів, таких як стронцій. Так чи інакше, додавання цих атомів та охолодження матеріалу примушує електрони, які, зазвичай, відштовхуються один від одного, утворювати пари і без зусиль рухатися разом через матеріал. Те, що робить купрати такими особливими то це здатність досягати цього “магічного” стану речовини при температурах на сто або й більше градусів вище температур, необхідних для стандартних надпровідників. Саме це й робить їх дуже перспективними для використання в промисловості.

Вчені у Брукхейвенській національній лабораторії
Іван Божовіч та його колеги у Брукхейвенській національній лабораторії енергетики. Джерело: Brookhaven National Laboratory

Ці матеріали не потребували б охолодження, тому їх відносно легко й недорого можна було б почати використовувати в повсякденному житті. Уявіть лінії електропередач, які не втрачають енергію, більш доступні потяги на магнітній подушці, дешевші МРТ сканери, менші, але не менш потужні комп’ютери.

Для того, щоб розгадати таємницю високотемпературної надпровідності в купратах, вчені повинні зрозуміти, як електрони в цих матеріалах поводяться. Команді Божовіча вдалося розгадати частину “загадки”, з’ясувавши що саме контролює температуру, при якій купрати стають надпровідними.

Стандартна теорія надпровідності каже, що ця температура контролюється силою взаємодії електронного спарювання. Але команда Божовіча виявила протилежне. Після 10 років підготовки і аналізу понад 2000 зразків купратів з різними кількостями стронцію, вони виявили, що число електронних пар в межах даної області (скажімо, в кубічному сантиметрі), або ж щільність електронних пар, визначає температуру переходу в надпровідний стан. Іншими словами, важливою в цьому випадку є не сила взаємодіє між об’єктами, а саме щільність об’єктів.

Вчені прийшли до такого висновку, вимірюючи глибину на яку магнітне поле проникало в зразок. Це відстань напряму пов’язана зі щільністю електронних пар, а також залежить від властивостей матеріалу. В надпровідники магнітне поле майже не проникає через те, що екранується поверхневим струмом (ефект Майcснера).

При занадто великій кількості стронцію, купрати стають більш провідними, так як збільшується число рухомих електронів. Проте, вчені виявили, що коли вони додавали більше стронцію, число пар електронів зменшувалося до тих пір поки не зникало взагалі. У той же час, температура переходу в надпровідний стан падала до нуля (по Кельвіну, або -273 °C).

Подумайте про це так: ви в танцювальному залі, і в якийсь момент ви та інші люди, які зазвичай не танцюють за руки, починають утворювати пари і рухатися в унісон. Деякі новачки приходять, утворюють пари і приєднуються до танцю. Але потім відбувається щось дивне. Незалежно від того, скільки ще людей входить до танцзалу, тільки частина з них утворює пари. В решті решт, пари перестають утворюватись взагалі.

Чому танцюристи або електрони утворюють пари на початку? Відповідь на це питання є черговим кроком на шляху до розгадки механізму високотемпературної надпровідності в купратах, загадки яку фізики не можуть розгадати вже протягом більш ніж 30 років.
Джерело: phys.org

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Total
0
Shares
0 Shares:
Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *

Перегляньте також
Далі

Атоми всередині атома: фізики створили екзотичну форму матерії – полярони Рідберґа

Міжнародна команда дослідників повідомила про успішне створення нової, екзотичної форми матерії, як досі існувала лише у теоретичних працях…