Vai augstas temperatūras supravadītāji gūst panākumus?

Kad materiāli vada elektrību, daļa enerģijas tiek iztērēta kā siltums. Šo zaudējumu sauc par pretestību. Tomēr noteiktos apstākļos dažiem materiāliem vispār nav pretestības. Šos materiālus sauc par supravadītājiem, un to efektivitāte elektrības pārvadē un magnētisko lauku ģenerēšanā padara tos par izšķirošiem tādos lietojumos kā magnētiskās rezonanses attēlveidošanas (MRI) iekārtas un Japānas īpaši ātrā maglev vilcienu sistēma.

Zinātnieki redzēja, ka materiāls uz īsu brīdi zaudēja savu elektrisko pretestību istabas temperatūrā, kad impulss tiek veikts ar lāzeru. Tās struktūra ir parādīta šeit.

Taču šie parastie supravadītāji ir jāatdzesē ar šķidru hēliju līdz aptuveni –270 °C, kas ir dārgi un ierobežo to izmantošanas iespējas. Augstas temperatūras supravadītāji, kas pirmo reizi tika izgatavoti 1980. gados, kļūst par supravadītājiem aptuveni –135 °C temperatūrā, kas ļauj veikt praktiskākus dzesēšanas procesus, kuros izmanto šķidro slāpekli. Šiem materiāliem varētu būt daudz plašākas priekšrocības, piemēram, nodrošināt lielāku jaudu pilsētām un nodrošināt enerģijas uzglabāšanu to tīkliem (skatiet sadaļu Supravadošie magnēti tīkla mēroga uzglabāšanai). Tie varētu arī ievērojami samazināt vēja ģeneratoru izmērus, un tos varētu izmantot superdatoros.

Augstas temperatūras supravadītāji ir demonstrēti dažos nišas lietojumos, tostarp kabeļa barošanai Longailendā (skatiet sadaļu A izturīgāks tīkls Manhetenai) un uz ASV jūras spēku kuģa. Čikāgas utilīta apsver supravadošus kabeļus, kas nodrošina 10 reizes tik daudz jaudas, cik tāda paša izmēra vara vadi. Tie varētu palīdzēt samazināt strāvas padeves pārtraukumus, jo tie var ātri pārvietot strāvu starp apakšstacijām tādā apjomā, kas apdedzinātu tradicionālās iekārtas.

Taču jaunākie materiāli ir ierobežoti, jo tos ir grūti izgatavot. Zinātnieki joprojām cenšas uzzināt vairāk par to, kā darbojas šie augstas temperatūras supravadītāji, ar mērķi kādu dienu radīt materiālus, kam šīs īpašības piemīt istabas temperatūrā. Nesen šajā jomā ir bijuši daži sasniegumi.

Iesildīšanās

Fiziķi Hamburgā Maksa Planka Matērijas struktūras un dinamikas institūts parādīja, ka augstas temperatūras supravadītājs, kas pakļauts infrasarkanā lāzera impulsiem, istabas temperatūrā zaudēja elektrisko pretestību. Šķiet, ka lāzera impulsi pārvietoja atomus uz keramikas bāzes izgatavotā materiāla kristālrežģī, saka zinātnieki Daba vēstule. Šīs izmaiņas tika novērotas tikai sekundes triljondaļās, taču tās varētu dot zinātniekiem vairāk norādes par to, kā izveidot supravadītājus, kas darbojas augstākā temperatūrā.

Pie Dienvidkalifornijas Universitāte , zinātnieki ir apkopojuši alumīnija atomu kopu, kas uzrādīja supravadītspēju pie −173 °C, nevis pie −272 °, kas ir nepieciešama, lai parasto alumīniju pārvērstu par supravadītāju. Pētījums tika publicēts Nano burti 28. janvārī.

Vairāk eksperimentu

Tā kā zinātnieki nav precīzi zinājuši, kas liek materiāliem darboties kā augstas temperatūras supravadītājiem, jaunu atrašanas process ir bijis sarežģīts. Pagājušā gada jūnijā Kembridžas universitātes zinātnieki atklāja, ka supravadītspēja šajos materiālos rodas no savītām elektronu kabatām. Sīkāka informācija ir aprakstīta jūlija vēstulē Daba . Universitāte nodrošina šo kabatu fotoattēlu un plašāku informāciju par pētījumu šeit.

Kornela universitātes pētnieki, strādājot ar zinātniekiem Japānā, Taivānā un Skotijā, apraksta, kā viņi varēja atrast pirkstu nospiedums raksturīga elektronu aktivitāte augstas temperatūras dzelzs supravadītājos. Zinātnieki šo teorētisko pieeju apraksta a Dabas fizika vēstule.

Tajā pašā laikā daži atklājumi rada neveiksmes zinātniekiem. Iekšā Dabas fizika Piemēram, Stenfordas pētnieki paskaidro, kā viņi atklāja negaidītu uzvedību vara oksīda materiālā. Animēts video rāda ko viņi atrada.

Spēcīgāki materiāli

Daži no mūsdienu augstas temperatūras supravadītājiem var pārvadāt tik daudz strāvas, ka tie rada magnētiskos laukus, kas ir 100 reizes jaudīgāki nekā ledusskapja magnēts. Materiālam ir jāspēj ierobežot šī magnētiskā lauka stiprums, pretējā gadījumā tas eksplodēs. Pagājušā gada jūnijā inženieri no Kembridžas universitātes, Floridas štata universitātes un Boeing pārspēja 2003. gada rekordu magnētiskā spēka stiprumam, kas varētu tikt iesprostots supravadītājā. Rezultāti tika detalizēti aprakstīti Supravadītāju zinātne un tehnoloģija .

Līdzņemšanai:

Pastāvīgi jautājumi par to, kāpēc materiāli kļūst par augstas temperatūras supravadītājiem, ir apgrūtinājuši jaunu, praktiskāku izgatavošanu un izmantošanu. Maikls Normans, izcilais Argonnas Nacionālās laboratorijas kolēģis, nesen ieskicēti pētījumi par augstas temperatūras supravadītājiem gadu gaitā. Daba pārskats. Tas palīdz parādīt, kāpēc galamērķis – istabas temperatūras supravadītājs – ir tālu.

Vai jums ir liels jautājums? Sūtiet ieteikumus uz [email protected].

paslēpties