211service.com
Kā metamateriāli varētu būt atslēga uz supravadītspēju augstā temperatūrā
Metamateriāli ir viens no mūsdienu fizikas brīnumiem. Izgatavoti, izmantojot atkārtotus elektronisko komponentu, piemēram, kondensatoru un rezistoru, 3D modeļus, metamateriāli mijiedarbojas ar gaismas viļņiem, virzot tos tādos veidos, kas nav iespējams ar parastajām lietām. Rezultāts: vairāk neredzamības apmetņu, nekā jūs varat paspiest ar zizli.
Bet maģijas darbā nav. Vispārējā teorija, kas to izskaidro, ir pazīstama kā transformācijas optika. Un aiz tā esošā matemātika formāli ir analoga vienādojumiem, kas apraksta, kā masa deformē telpas laiku, lai radītu gravitāciju. Tāpēc fiziķi ir spējuši izmantot metamateriālu, lai modelētu veidu, kā melnais caurums uztver gaismu.
Tagad Igors Smoļaņinovs un Vera Smoļaņinova no Merilendas Universitātes Koledžparkā saka, ka metamateriāli var būt formāli saistīti ar citu fizikas jomu: supravadītspēju. Jo īpaši viņi saka, ka supravadītāji var būt īpaša metamateriāla forma, kas virza elektronus, nevis gaismu. Tas rada vilinošu iespēju, ka augstas temperatūras supravadītspējas noslēpums varētu būt jaunas paaudzes metamateriālu izstrādē, kas šo ideju izmanto tālāk.
Pirmkārt, nedaudz fona. Supravadītspēja ir nulles pretestības parādība materiālos, kas atdzesēti zem noteiktas kritiskās temperatūras. Supravadītāji arī izspiež magnētiskos laukus, kas ir pazīstams kā Meisnera efekts.
Daudzus gadus pēc supravadītspējas atklāšanas 1911. gadā fiziķi bija neizpratnē par to, kā tā radās. Pēc tam, 1957. gadā, Džons Bārdīns, Leons Kūpers un Džons Šrīfers atrisināja problēmu, izmantojot to, ko tagad sauc par BCS teoriju.
Viņu ideja ir tāda, ka zemās temperatūrās elektroni dubultojas, veidojot Kūpera pārus, kas kopā pārvietojas pa materiāla režģi. Viņi to dara ar nulles pretestību, apmainoties ar fononiem — vibrācijas kvantu daļiņām — ar režģi.
Faktiski šie fononi vara pārus izslauka caur režģi, kas attīra ceļu no šķēršļiem, piemēram, citiem elektroniem. Tāpēc pretestība ir nulle.
Šī spēja vadīt elektronus var izklausīties pazīstama. Patiešām, Smolyaninov un Smolyaninova saka, ka augstas temperatūras supravadītājiem, piemēram, BSCCO (bismuta stroncija kalcija vara oksīdiem, kas vada supravadīšanu temperatūrā, kas pārsniedz 100 K), ir formāla līdzība ar metamateriāliem, ko fiziķi jau ir izveidojuši, lai vadītu gaismu.
Tas ir tāpēc, ka tie sastāv no atomu slāņiem ar metāliskām īpašībām, kas atrodas starpā ar atomu slāņiem, kuriem ir dielektriskas īpašības (skatiet diagrammu). Faktiski tie ir galvenie metamateriāli, kas konstruēti atomu mērogā.
Tas rada aizraujošas izredzes, ka fiziķi kādu dienu varētu izstrādāt paši savus supravadošus metamateriālus. Un, labāk izprotot, kā šie slāņi virza elektronus ar nulles pretestību, varētu būt pat iespējams izgatavot materiālus, kas ir supravadīti augstākā temperatūrā nekā mūsdienās. Mēs apgalvojam, ka metamateriāla pieeja dielektriskās reakcijas inženierijai var ievērojami paaugstināt kompozītmateriāla supravadītāja-dielektriskā metamateriāla kritisko temperatūru.
Vai mēs dzirdam istabas temperatūru? Varbūt vēl ne. Šobrīd tā ir tikai ideja, un priekšā ir daudz nozīmīgu izaicinājumu. Pirmais ir atrast veidu, kā izveidot supravadošu metamateriālu un paredzēt tā supravadītājas īpašības. Pēc tam nāktu nozīmīgs izaicinājums to sintezēt.
Šķiet, ka abi šie varoņdarbi ir zināmā mērā. Neskatoties uz to, zinātne par metamateriāliem ir strauji attīstījusies. Tikai desmit gadu laikā tā ir kļuvusi no fantāzijas grāmatu fantastikas līdz strādājošu neredzamības apmetņu, mākslīgo melno caurumu un pat sintētisko Visumu konstruēšanai.
Tieši tāpēc tikai muļķis liktu pretī supravadītspējai, kas būtu nākamais metamateriāla gultas staba iecirtums.
Atsauce: arxiv.org/abs/1311.3277 : Vai ir metamateriālu ceļš uz augstas temperatūras supravadītspēju?