211service.com
Jauns supravadītājs
Jauna augstas temperatūras supravadītāju klase, kas tika atklāta šī gada sākumā, darbojas ļoti savādāk nekā iepriekš zināmie vara-skābekļa supravadītāji. Tā vietā šķiet, ka jaunie materiāli ievēro supravadītspējas mehānismu, kas iepriekš tika atrasts tikai materiālos, kas ir supravadoši ļoti zemās temperatūrās, Chia-Ling Chien un viņa kolēģi Džona Hopkinsa universitātē ziņo tiešsaistē Daba papīrs.
Nav pretestības: Jaunie supravadītāji satur pārmaiņus dzelzs arsenīda (oranža un sarkana) un retzemju metālu oksīdu (zilā un pelēkā) slāņus, kas leģēti ar fluoru (zaļš). Dzelzs arsenīda savienojumi kļūst supravadoši salīdzinoši augstā 55 K temperatūrā, un tagad pētnieki sāk atšifrēt to supravadīšanas mehānismu.
Ieskats ir svarīgs solis, lai izprastu, kā darbojas supravadītāji, un tas varētu palīdzēt pētniekiem izstrādāt vēl labākus materiālus. Augstas temperatūras supravadītāji varētu radīt lētākas MRI iekārtas; mazāki, vieglāki strāvas kabeļi; un daudz energoefektīvāki un drošāki elektrotīkli. Piemēram, komunālie uzņēmumi varētu izmantot supravadošus magnētus, lai naktī uzglabātu enerģiju, un pēc tam to izmantot pīķa pieprasījuma stundās rītos un vakaros.
Supravadoši materiāli vada elektrisko strāvu bez zudumiem, ja tie tiek atdzesēti zem noteiktas temperatūras, ko sauc par kritisko temperatūru. Niobija sakausējumi, ko izmanto MRI iekārtu supravadošu magnētu izgatavošanai, ir supravadītāji tikai zem 10 K. Vara-skābekļa savienojumi jeb kuprāti, kas tika atklāti 80. gadu beigās, ir supravadītāji daudz augstākās temperatūrās no 90 līdz 138 K. Šādās temperatūrās , lētu, viegli lietojamu šķidro slāpekli var izmantot kā aukstumaģentu. (MRI magnētiem kuprātus neizmanto, jo no tiem ir grūti un dārgi izgatavot vadus.) Un daži ražotāji pārvades līnijām ražo ar slāpekli dzesētus supravadošus kabeļus.
Taču pētnieki jau sen ir mēģinājuši atrast materiālus ar vēl augstāku kritisko temperatūru. Svētais Grāls darbojas [supravadītāji] istabas temperatūrā, saka fiziķis Džefrijs Lins , kurš studē supravadītājus Nacionālajā standartu un tehnoloģiju institūtā. Supravadošie strāvas kabeļi, MRI iekārtas un enerģijas uzglabāšanas ierīces būtu lētākas un mazākas, ja tām nebūtu nepieciešama dzesēšana.
Jaunie dzelzs arsenīda supravadītāji ir parādījuši potenciālu augstas kritiskās temperatūras sasniegšanai. Tokijas Tehnoloģiju institūta zinātnieki pirmo reizi ziņoja februāra rakstā Amerikas Ķīmijas biedrības žurnāls ka lantāna dzelzs arsenīda materiāls kļūst supravadošs pie 26 K. Kopš tā laika ķīniešu pētnieki ir paaugstinājuši kritisko temperatūru līdz 55 K. Tas nav ne tuvu tik augsta kā supravadītāja temperatūra kuprātiem, bet Džona Hopkinsa Čiens saka, ka tas ir jauns materiāls, ko izpētīt, un mēs ceram, ka mēs iegūsim vēl augstāku temperatūru.
Jaunā materiāla ķīmiskā struktūra padara to īpaši aizraujošu. Tas satur retzemju metālu oksīdus, kas atrodas starp dzelzs arsenīda slāņiem. Struktūra ļauj veikt daudz manipulāciju, kas uzlabo materiāla īpašības, saka Lins. Pētnieki, piemēram, var aizstāt dzelzi, arsēnu vai retzemju metālus ar citiem elementiem. Faktiski Ķīnas pētnieki lantānu oriģinālajā japāņu materiālā aizstāja ar citiem retzemju metāliem, piemēram, samāriju, lai paaugstinātu kritisko temperatūru virs 50 K. Ir daudz dažādu ķīmisko aizstāšanas veidu, ko varat izmēģināt, saka Lins. Tie faktiski ir elastīgāki nekā kuprāti.
Jaunajiem supravadītājiem varētu būt arī vēl viena būtiska priekšrocība, saka Deivids Kristens, kurš vada supravadītāju izpēti Oak Ridge National Laboratory. Lai gan kuprāta barošanas kabeļi ir jāizgatavo kā īpaši izstrādātas plakanas lentes, var būt vieglāk izgatavot vadus no dzelzs arsenīda pusvadītājiem. Šie materiāli varētu būt praktiskāki nekā kuprāti, ja izrādās, ka tos ir vieglāk un lētāk izgatavot, saka Kristena.
Pētnieki arī cer, ka dzelzs arsenīdi palīdzēs atklāt noslēpumu par to, kā darbojas augstas temperatūras supravadītāji. Tas būs galvenais, izstrādājot materiālus ar vēl augstāku kritisko temperatūru. Supravadītājos, kas darbojas ļoti zemā temperatūrā, piemēram, niobijs un svins, elektroni veido pārus zem kritiskās temperatūras. Atomiem vai kristāla defektiem nav enerģijas, kas nepieciešama, lai izjauktu pāri un novirzītu elektronus. Tādējādi elektronu pāris netraucēti saslēdzas ap materiālu, radot supravadītspēju. Bet šī pārī savienošanas teorija neattiecas uz augstas temperatūras vara un skābekļa materiāliem.
Savos Daba papīra, Chien un viņa kolēģi uzrāda pierādījumus, kas liecina, ka pāru teorija varētu attiekties uz dzelzs arsenīda supravadītājiem. Elektronu savienošana pārī ir supravadītāja dvēsele, saka Čiens. Ja jaunie materiāli sekos [pāra savienošanas] teorijai, tad… mēs varēsim nedaudz vieglāk saprast materiālus.
Lai apstiprinātu supravadītāju darbību, būs nepieciešami vairāk pierādījumu no eksperimentiem, kas veikti ar daudziem dažādiem dzelzs arsenīda savienojumiem. Penčens Dai , fizikas profesors Tenesī universitātē Noksvilā. Viņš saka, ka Džona Hopkinsa darbs ir tikai viens no mīklas gabaliņiem. Patiešām, lai gan dzelzs arsenīdu savienošanas mehānisms var atšķirties no vara un skābekļa savienojumu mehānisma, abiem materiāliem ir arī līdzības. Nesenā tiešsaistes rakstā, kas arī publicēts Daba , Dai un Lynn parādīja, ka abiem materiāliem ir kopīgas galvenās magnētiskās īpašības. Un abiem materiāliem ir arī līdzīga slāņveida struktūra.
Varētu būt pāragri teikt, cik noderīgi būs dzelzs arsenīda supravadītāji. Pagaidām Dai saka, ka pētnieki ir sajūsmā par to, ka ir salauzuši 22 gadus ilgušo kuprātu monopolu un par jaunu augstas temperatūras supravadītāju, ar kuru spēlēties.