Stāsts
Metāla-dielektrisko slāņu supravadītspēja istabas temperatūrā. Supravadītspēja istabas temperatūrā. 7. att. Histerēzes platuma atkarība no temperatūras

Metāla-dielektrisko slāņu supravadītspēja istabas temperatūrā. Supravadītspēja istabas temperatūrā. 7. att. Histerēzes platuma atkarība no temperatūras

Starptautiska fiziķu komanda, kuru vadīja Hamburgas Maksa Planka institūta zinātnieki, spēja izmantot lāzera impulsus, lai piespiestu atsevišķus kristāla režģa atomus uz īsu laiku pārvietoties un tādējādi saglabāt supravadītspēju. Īsi infrasarkanie lāzera impulsi ļāva pirmo reizi istabas temperatūrā "iedarbināt" supravadītspēju keramikas vadītājā.

Eksperimenta parādība ilgst tikai dažas mikrosekundes miljondaļas, bet supravadītspējas principa izpratne istabas temperatūrā var palīdzēt radīt jaunus supravadītāju veidus, kas radīs revolūciju mūsdienu tehnoloģijās. Šādi supravadītāji atrisinās daudzas mūsdienu problēmas: ļaus izveidot īpaši jaudīgus akumulatorus energoietilpīgu iekārtu, piemēram, lāzeru vai jaudas piedziņas, elektromotoru un ģeneratoru darbināšanai ar efektivitāti tuvu 100%, jaunas medicīnas ierīces, niecīgus, bet jaudīgus mikroviļņu emitētājus utt.

Supravadītspēja jau tiek izmantota, piemēram, KMR skeneros, daļiņu paātrinātājos, spēkstaciju lieljaudas relejos. Tomēr mūsdienu supravadītājiem ir nepieciešama kriogēna dzesēšana: metālam līdz -273 grādiem pēc Celsija, bet modernākiem keramikas -200 grādiem pēc Celsija. Ir skaidrs, ka tas ievērojami ierobežo supravadītspējas plašo izmantošanu, īpaši ikdienas dzīvē.

Diemžēl daudzus gadus nebija iespējams izveidot supravadītspēju istabas temperatūrā īpašo apstākļu dēļ, kādos tā notiek. Tādējādi vienam no perspektīvākajiem keramikas supravadītājiem YBCO (itrija-bārija-vara oksīdam) ir īpaša struktūra: plāni vara oksīda dubultslāņi mijas ar biezākiem starpslāņiem, kas satur bāriju, varu un skābekli. Supravadītspēja YBCO notiek pie -180 grādiem pēc Celsija divos vara oksīda slāņos, kur elektroni var savienoties un veidot tā sauktos Kūpera pārus. Šie pāri spēj izveidot "tuneli" starp dažādiem slāņiem, tas ir, iziet cauri slāņiem, kā spoki cauri sienām. Šis kvantu efekts tiek novērots tikai zem noteiktas temperatūras.

2013. gadā starptautiska komanda, kas strādā Max Planck institūtā, atklāja, ka īsi IR lāzera impulsi var izraisīt YBCO supravadītspēju istabas temperatūrā ļoti īsu laiku. Nebija iespējams izprast šīs parādības būtību, tikai pasaulē jaudīgākais rentgena lāzers LCLS (ASV) palīdzēja "redzēt" materiāla atomu struktūru un ultraīsos procesus. Ar tās palīdzību zinātnieki veica virkni sarežģītu eksperimentu un sava atklājuma rezultātu publicēja izdevumā Nature.

Kā izrādījās, infrasarkanais lāzera impulss ne tikai liek atomiem vibrēt, bet arī maina to stāvokli kristālā. Tā rezultātā vara dioksīda dubultslāņi kļūst nedaudz biezāki - par 2 pikometriem jeb 0,01 atoma diametru. Tas savukārt palielina kvantu savienojumu starp dubultslāņiem tādā mērā, ka kristāls kļūst supravadošs istabas temperatūrā dažu pikosekundu laikā.

Supravadītspēja istabas temperatūrā: skābekļa atomu rezonanses ierosme izraisa svārstības (izplūdušas kontūras) starp vara oksīda dubultslāņiem (slānis - zils, vara dzeltens, skābekļa sarkans). Lāzera impulss uz īsu brīdi izved atomus no līdzsvara, attālums starp slāņiem samazinās un rodas supravadītspēja.

Tādējādi zinātnieki ir atklājuši potenciālu veidu, kā izveidot supravadītājus, kas darbojas istabas temperatūrā. Ja teoriju var pārvērst par komerciālu tehnoloģiju (un pašreizējo zemas temperatūras supravadītāju gadījumā tas prasīja apmēram 20 gadus), tad progress būs milzīgs lēciens. Benzīna automobiļu dzinēji kļūs par anahronismu, viedtālruņa nepārtrauktas darbības laiks tiks rēķināts nevis stundās, bet mēnešos, pienāks elektrisko lidmašīnu ziedu laiki, uz magnētiskā spilvena levitējot vilcienus un autobusus.

- dažu materiālu unikāla īpašība, kas ļauj pārvadīt elektrību bez pretestības un līdz ar to bez zudumiem.

Neskatoties uz to, ka šis efekts pirmo reizi tika atklāts 20. gadsimta sākumā, ilgu laiku tas. Fakts ir tāds, ka pirmie supravadītāji strādāja temperatūrā, kas bija tuvu absolūtai nullei, un pētnieki to atdzesēšanai izmantoja šķidru hēliju.

Pirmā lielā revolūcija šajā jomā notika apmēram pirms 25 gadiem, atklājot tā sauktos augstas temperatūras supravadītājus. Neskatoties uz nosaukumu, tās joprojām bija jāatdzesē līdz ļoti zemai temperatūrai no cilvēka viedokļa. Bet inženieri, izmantojot šķidro slāpekli, ir iemācījušies izmantot supravadītspēju dažās ierīcēs, piemēram, magnētiskās rezonanses attēlveidošanā un daļiņu paātrinātājos.

2013. gadā uzsākto darbu sērija tuvina cilvēci tādu vadu radīšanai, kas istabas temperatūrā demonstrē nulles pretestību. Mēs jau rakstījām, ka Kembridžas universitātes zinātnieki vispirms aprakstīja notikuma būtību. Tagad starptautiska fiziķu komanda no Maksa Planka Matērijas struktūras un dinamikas institūta (Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie) ir izraisījusi supravadītspēju keramikas materiālā istabas temperatūrā, izmantojot īsus infrasarkanos lāzera impulsus.

Zinātnieki strādāja ar parastu augstas temperatūras supravadītāju, itrija-bārija-vara oksīdu, kas pazīstams kā YBCO. Tam ir nulles pretestības efekts pie mīnus 180 grādiem pēc Celsija.

Tās kristāliem ir sarežģīta struktūra: plāni vara oksīda dubultslāņi mijas ar biezākiem starpslāņiem, kas satur bāriju, varu un skābekli. Supravadītspēja notiek starp plāniem slāņiem, kur elektroni apvienojas tā sauktajos Kūpera pāros. Šādā stāvoklī tvaiki iziet cauri materiāla slāņiem, piemēram, multfilmu spoki caur sienām.

Pirms gada Andrea Cavalleri vadītā komanda atklāja neparastu efektu, kad YBCO tika apstarota ar lāzera impulsiem. Zinātnieki izvirzīja hipotēzi, ka īsi gaismas uzliesmojumi uz īsu laiku mainīja saites starp vara oksīda dubultslāņiem. Tomēr pilnībā saprast supravadītspējas parādīšanās cēloņus istabas temperatūrā bija iespējams tikai pēc "smagās artilērijas" - pasaulē jaudīgākā rentgena lāzera (LCLS) pieslēgšanas.

"Vispirms, kā parasti, mēs ietekmējām kristālu ar infrasarkanās gaismas impulsu, kas izraisīja atsevišķu atomu vibrāciju," skaidro darba vadošais autors Romāns Mankovskis. "Tad sekoja īss rentgena impulss, ar kuru mēs precīzi. noteica ierosinātā materiāla kristālisko struktūru.

Izrādījās, ka infrasarkanā zibspuldze ne tikai ierosina atomu vibrācijas materiālā, bet arī liek tiem mainīt savu pozīciju kristālā. Tā rezultātā vara dioksīda slāņi kļuva biezāki par diviem pikometriem, kas atbilst tikai vienai simtdaļai no tos veidojošo atomu diametra.

Tajā pašā laikā attālums starp diviem blakus esošajiem slāņiem tika samazināts par tādu pašu attālumu. Šīs izmaiņas var šķist nenozīmīgas, taču pat ar šo nelielu konverģenci pietika, lai supravadītspēja izpaustos zinātniekiem labvēlīgākos apstākļos.

Neskatoties uz to, ka efekts ilga tikai dažas sekundes miljondaļas, Nature publicētie darba rezultāti palīdzēs meklēt jaunus diriģentus un veidus, kā paplašināt to darbības jomu.

Tagad nepieciešamība pēc zemas temperatūras dzesēšanas nopietni sarežģī supravadītspējas plašo izmantošanu. Dienā, kad šie pasākumi vairs nebūs vajadzīgi, mūs sagaida īsta tehnoloģiska revolūcija.

ņemts no šejienes - http://zoom.cnews.ru/rnd/news/top/sverhprovodimost_pri_komnatnoj_temperature

Supravadītspēja istabas temperatūrā Fiziķi pirmo reizi spēja radīt supravadītspēju istabas temperatūrā un izskaidrot šīs parādības būtību. Supravadītspēja keramikas vadītājā ilga mazāk nekā sekundi, taču šis sasniegums ir milzīgs zinātnes un tehnoloģiju attīstībā. Fizika Dabaszinātnes

04.12.2014., ceturtdien, 20:51 pēc Maskavas laika

Eksperimentā redzamā parādība ilgst tikai dažas mikrosekundes miljondaļas, taču supravadītspējas principa izpratne istabas temperatūrā var palīdzēt radīt jaunus supravadītāju veidus, kas radīs revolūciju mūsdienu tehnoloģijās. Jaudas piedziņas, elektromotori un ģeneratori ar efektivitāti tuvu 100% , jaunas medicīnas ierīces, sīki, bet jaudīgi mikroviļņu izstarotāji utt.

PS. Ja tā ir patiesība un realizējama, piemēram, keramikas lēcas tiek ievietotas visur, tad .. pastāv iespēja .. ak, ja tā ir taisnība.

Dabā viss ir sakārtots daudz vienkāršāk, nekā cilvēks pieņem savā domāšanā. Piemēram, visus moka jautājums – kas ir supravadītspēja? Kāpēc tas parādās diriģenti tikai kad zemas temperatūras ? Un trešais jautājums ir, vai telpas supravadītspēja? Padomāsim par šo kopā.

Mūsdienu magnētu ražošanā tiek iespiests nepieciešamo pulveru maisījums vēlamā forma, tad ievietojiet to spolē, piespiediet strāvu, un magnēts ir gatavs. Jautājums ir, kāpēc enerģija tiek glabāta pastāvīgā magnēta ķermenī? Lai atbildētu uz šo jautājumu, veiksim otru eksperimentu. Uz supravadošs gredzens kriostatā, mēs aptinam vadu un pievienojam to uzlādētam kondensatoram. Kad tajā tiek iespiesta strāva, supravadošs strāva un, tāpat kā magnētā, tiek glabāts spēcīgs magnētiskais lauks, kas saglabājas daudzus gadus. Atbilde uz pēdējo jautājumu ir ārkārtīgi vienkārša. Pastāvīgā magnētā, strāvu spiežot, līdzīgi supravadošs straumes, tikai atomu un domēnu tilpumos, ko vizuāli nosakām ar dzelzs pulvera palīdzību uz magnēta pola, un jāņem vērā, ka tas viss ir istabas temperatūrā un augstāk, līdz pat Kirī punktam. Magnētiem šī T curie ir kritiskā temperatūra magnetizācijas zudumam, kas ir līdzīga jebkurai temperatūrai supravadītājs T c - skaidra pārejas temperatūra uz parasto vadītāju.

Attīstība zinātniskās zināšanas nav galvenā ceļa. Dažkārt pētnieks, kurš atklājis jaunu fundamentālu izziņas virzienu, līdz tam laikam uzkrāto nedaudzo eksperimentālo datu dēļ to interpretē visvienkāršākajā formā. Turklāt šo ne vienmēr pareizo formu uztver citi domubiedri un laika gaitā iegūst tādas detaļas un spēcīgu matemātisko aparātu, kas spēj maskēt savus trūkumus, ka teorijas attīstība turpinās automātiski. Tas notika ar Drude elektronisko vadītspēju, kur vadītājā enerģiju pārnēsā tikai elektroni. Šādā stāvoklī atgriezties sākotnējās, pareizākās pozīcijās, jau kļūst diezgan grūti; vairāku paaudžu apmācība tikai virzās uz priekšu strupceļā, kā tas notika ar supravadītspēja.

Piekrītu tam elektrība- pa vadītāju notiek enerģijas pārnešana. Elektrons nevar būt enerģijas nesējs vadītājos, jo tam ir nemainīgs lādiņš 1.6.10 -19 Kulons, ko daba nevar mainīt, kas parasti nav piemērots enerģijas pārnešanai. Nez kāpēc nevienam netraucē, ka elektrons vadītājā kustas pretējā virzienā no mīnusa uz plusu, lai gan enerģija (noteikta praksē) no plusa uz mīnusu (kā atomā, no kodola uz elektroniem). Turklāt ir eksperimentāli apstiprināts, ka elektrona ātrums pat metālā nepārsniedz 0,5 mm / s, un enerģija vadītājā tiek pārnesta ar gaismas ātrumu. Sinhrotronu paātrinātājos radiofrekvences elektromagnētiskais vilnis velk uz sevi elektronu kūli, lai tos paātrinātu, nevis otrādi. Šeit vilciena lokomotīves loma ir vilnī, elektroni ir vagoni. Turklāt vadītāju atomu ārējie elektroni ir saistīti ķīmiskās saites, bet zināms, ka pieļaujamajai strāvai kustoties, vadītāja mehāniskās īpašības nemainās un visvairāk elektroni spēj lēkt no atoma uz atomu. Elektrons var uzglabāt enerģiju tikai savas kustības stiprumā (ātrumā), un bremzējot to izgāzt neliela haotiska elektromagnētiska gaismas viļņa veidā, ko mēs redzam spuldzes spirāles piemērā. Tas pats notiek jebkuros vadītājos, tas kļūst skaidrs ar īssavienojumu, kad vadītājs izdeg ar spilgtu spīdumu. Un pēdējais. Pat Hercs elektrotehnikas rītausmā veica eksperimentu, kur elektriskajā līnijā ļoti skaidri ar vienkāršu dzirksteļu spraugu parādīja, ka enerģija tiek pārnesta ne tikai pa vadiem, bet galvenokārt starp vadiem, kur elektroniem atrasties ir aizliegts. . Šeit darbojas parasts elektromagnētiskais vilnis. Vai tas viss nav pārliecinoši? Tikai šādu vienkāršu faktu nesaprašana noveda pie šīs parādības izpratnes trūkuma supravadītspēja. No kurienes rodas elektromagnētiskais vilnis enerģijas pārnešanai vados un supravadītājos saskaņā ar Hertz?

Jebkurā vadītājā, pusvadītājā, dielektrikā uz ārējiem valences elektroniem ir trīs spēcīgi elektromagnētiskie viļņi. Citas tādas jaudas ārējiem elektroniem vienkārši nav. Pirmā ir plazmas elektroniskā, īsumā – plazmas elektroniskā. Fiziski tas ir elektronisks "pūlis" Kulona līdzīgu lādiņu atgrūšanas dēļ. Pēc lieluma tā enerģija svārstās no viena līdz vairākiem elektronvoltiem. Pēc pieredzes to nosaka raksturīgie enerģijas zudumi. Praksē izšķir tilpuma plazmas-elektroniskās svārstības un virsmas svārstības, kas ir aptuveni par divu sakni mazākas par tilpuma svārstībām.

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

Otrais elektromagnētiskais vilnis uz ārējiem elektroniem ir Fermi enerģija. Eksperimentāli tas it kā nekur nav noteikts, tāpēc izdomājumi par to ir pārāk dažādi. Faktiski tā ir jebkura atoma ārējā elektrona rotācijas enerģija ap kodolu un nekas vairāk, un elektrons saņem Fermi enerģiju no kodola, tam ir arī stingri noteikta frekvence (E f = hЧ ƒ, kur h ir Planka konstante, ƒ - frekvence) un atrodas blakus plazmas-elektroniskajai enerģijai, jo elektroni ir vienādi - ārējie atomi. Plazmas elektronu un fermienerģijas enerģētiskā pozīcija jebkurā vielā optiskajā spektroskopijā ir galvenās absorbcijas mala (vai fundamentālās absorbcijas mala), kur tiek atrasti tā sauktie eksitoni (dubultā uzliesmojums spektroskopijā). Alumīnijam 1,55 eV, vara 2,2 eV, itrija keramikai 1,95 eV. Enerģijas vienmēr ir tuvu, bet nekad nav apvienotas kā divas identiskas induktīvi savienotas ķēdes. Ja ķēdes tiek apstarotas ar frekvenci, tad savienojuma dēļ vienas ķēdes frekvence samazinās, bet otrai palielinās. Un ārējo elektronu apstarošana ir viena lieta - no kodola. Ņemiet vērā, ka kādu iemeslu dēļ metālu fermienerģija ir nedaudz zemāka par plazmas elektronu, savukārt pusvadītāju un dielektriķu fermienerģija ir augstāka nekā plazmas elektronu. Tas ir vienīgais iemesls, kāpēc metāliem ir virkne pietiekami spēcīgu sānu frekvenču, kas virzās uz nulles enerģiju, kas padara metālus par labiem vadītājiem. Un pusvadītājiem un dielektriķiem, gluži pretēji, zemfrekvences puses nokrīt līdz maziem izmēriem (Stoksa frekvences), bet augstfrekvences tiek pastiprinātas (anti-Stokes), tāpēc tie slikti vada elektrību. Šo divu enerģiju lieluma izmaiņas, ko rada grūdiens, izskaidro pāreju Dielektrisks - Metāls.

Trešais elektromagnētiskais vilnis ir plazmas jons (jonu plazma). Tas ir visu veidu atomu (fononu) termisko vibrāciju vispārinošais elements. Visās vielās to skaidri nosaka gaismas Ramana izkliede. Ņemsim vērā, ka plazmas jons "vada" visa komanda dažādas atomu režģa termiskās vibrācijas vielās (fononos), jebkuras izmaiņas šajā enerģijā rada izmaiņas to vērtībās. Šajā sadaļā īpaši jāatzīmē garenisko akustisko svārstību (parastais skaņas ātrums vadītājā) atkarība no jonu plazmas. Jonu-plazmas viļņa enerģija nepārsniedz attiecīgi 0,1 eV, un tā frekvence ir maza, salīdzinot ar elektroniskajiem viļņiem.

Visi trīs elektromagnētiskie viļņi vadītājos, pusvadītājos un dielektriķos dabiski saplūst vienā vilnī. Mierīgā jautājumā tam ir forma stāvošais vilnis. Šo vienīgo vilni elektrolīnijā mums ar vienkāršu dzirksteļu spraugu parādīja Hertz, un tagad ikviens skolēns fiziskajā klasē un ikviens, kurš vēlas nokļūt zem augstsprieguma elektrolīnijas, to var redzēt ar neona spuldzi. Jebkāda neitralitātes pārkāpuma gadījumā, pat nejaušas elektronu nobīdes vadītājā, viens vienīgs vilnis metās novērst pārkāpumu un, velkot elektronus savās vietās, atjauno kārtību kā saimniece dzīvoklī. Šī elektronu kustība, sakārtojot lietas, ir pretestība, jo tie atņem enerģiju no viena viļņa kustībai (kā sinhrotrona paātrinātājā) un, apstājoties, izmet lieko enerģiju haotiska starojuma - siltuma veidā. Notiek viena viļņa enerģijas pavājināšanās par termiskās elektronu izmešanas apjomu. Kad nav ko atņemt, viņa ieiet stāvošā - saimniece atpūšas. Inerciālo elektronu atdalīšana notiek arī Tolmana-Stjuarta eksperimentā, bet mēs ar galvanometru mēram tikai viena viļņa spriegumu, tā ierosmi. Pusvadītājos mēs tīri eksperimentālā veidā esam iemācījušies kontrolēt vienu vilni. Pieliekot spriegumu kristāla galiem, mēs mainām plazmoelektronikas un fermienerģijas stāvokli frekvencē aproksimācijas virzienā, kas izraisa pretestības vērtības kritumu. Izkliedējot abas enerģijas frekvencē (samazinot elektronu skaitu plus sprieguma pielikšanas dēļ), mēs palielinām tranzistora pretestību. Pusvadītājiem ir vistuvākā elektroniskā enerģija vērtības ziņā, un tāpēc tos ir vieglāk regulēt.

Dabā ir šo trīs elektromagnētisko viļņu, divu elektronisko - plazmas-elektronisko un Fermi - rezonanse ar trešo jonu-plazmu. Fizikā dots fakts pazīstama kā trīs viļņu rezonanse. Šajā gadījumā elektronisko enerģiju frekvences atšķirība sakrīt ar jonu-plazmas frekvenci. Tas ir zināms no teorijas; rezonanses brīdī trīs viļņu kopējā enerģija pārmaiņus tiek iesūknēta Fermi, tad plazmas-elektroniskajā, tad jonu-plazmas viļņos. Kopējai enerģijai nonākot jonu-plazmas enerģijā, tiek ierosināts viss atomu termisko vibrāciju spektrs, ko eksperimentāli var redzēt no siltumietilpības pārsprieguma vadītājos. Šajā brīdī palielinās arī skaņas ātrums, kas nozīmē, ka skaņas vilnis pārvieto atomus blīvāk un stiepjas gar vadītāju. Saspiežot atomus starp tiem, tiek saspiesti arī elektroni, un tā tie saņem papildu enerģiju no kodoliem, savukārt atomu diverģences brīdī liekā enerģija tiek izmesta nevis nejauši, bet gan gabalus vienā elektromagnētiskajā vilnī, bet jau kopā, vadoties pēc tā frekvences, pēc lāzera principa. Šis papildinājums pastiprina vienu vilni, kas tiek konstatēta kā negatīva pretestība pusvadītājos.

Ir vēl viens ārkārtējs faktors, kas ir ārkārtīgi svarīgs supravadītspēja. Tā daba iekārtoja, ka atomu saspiešanas un retināšanas akustiskais vilnis pats par sevi ir diezgan vājš, jo daļa enerģijas tiek tērēta siltuma veidošanai. Bet noteiktā brīdī to var pastiprināt pašu atomu termiskās vibrācijas un pat vairākas reizes. Šo pastiprinājumu sauc par ballistiskajām vibrācijām (fononiem), kas rodas tikai ļoti zemā temperatūrā. Pastiprināšana notiek tikai termisko vibrāciju pārnešanas brīdī no haotiskas kustības uz noteiktiem virzieniem dzesēšanas laikā - pa stingri noteiktām kristāla asīm citu virzienu vājināšanās dēļ. Šis faktors ir galvenais un noteicošais jebkura supravadītāja pārejas sākums. Katram supravadītājam kristāla režģa īpatnību dēļ ir stingri savi ballistiskie fononi. Tas tika konstatēts augstas temperatūras keramikā asas strāvas vadītspējas anizotropijas veidā. Šo vibrāciju temperatūras iekļaušana pastiprina akustisko viļņu, tas spēcīgāk izspiež elektronus atomu kodolos, tāpēc elektroni uzglabā vairāk enerģijas un ievērojami stiprināt vienotu elektromagnētiskais vilnis, kas līdzīgs lāzera gaismai. Un no tā rezonējošā jonu-plazmas enerģija saņem spēcīgus triecienus un liek akustiskajam vilnim darboties spēcīgāk. Veidojas pilnvērtīga pozitīva atgriezeniskā saite, kas liek iekrāties supravadošs uzglabāšanas ierīces ar milzīgu enerģiju, kas nav salīdzināma ar nevienu iedomājamu akumulatoru. Tātad iekšā supravadītāji mums ir divi galvenie saderīgie faktori - spēcīga viena elektromagnētiskā viļņa rašanās uz ārējiem elektroniem un ballistisko svārstību rašanās pastiprināts reverss enerģijas saites caur akustisko viļņu. Elektroni, kas šajā procesā saņem papildu enerģiju, paātrina savās orbītās un, tāpat kā divi vadītāji ar palielinātu viena virziena strāvu, tiek piesaistīti viens otram pret Kulona atgrūšanos pret spina “fiksatoru” ar magnētu palīdzību. Griešanās spēki ir ārkārtīgi mazā diapazonā, tāpēc tie fiksē divu elektronu savienošanu pārī tikai 10 -12 m attālumā No savienošanās pārī tiek iegūts dubults ieguvums; pārī savienotie elektroni netraucē vienam vilnim kustēties un ar saviem de Broglie viļņiem no tā neņem enerģiju. Un tajā pašā laikā, nepārtraukti sūknējot līdz atomu kodoliem, tie saņem enerģiju triecienos un pēc tam sūknē to kopā vienā vilnī, lai to pastiprinātu. Šāds elektronu pāris atšķirībā no ķīmiskās saites pāra ir gandrīz brīvs telpā un savu strāvas magnētu polu dēļ vienmēr griežas pret ārējo. magnētiskais lauks, un ar savu rotāciju rada dotās vielas diamagnētismu (tajā rodas pretstrāva). Eksperimentāli atrastais koherences garums supravadītāji, un ir viena rezonanses viena elektromagnētiskā viļņa garums (apvalks no trīs elektromagnētisko viļņu pievienošanas).

Šos apsvērumus pārbaudīt praktiski nav grūti. Ne mazums vielu ir zināmas ar spēcīgu diamagnētisms pat istabas temperatūrā, kas nozīmē, ka tur jau darbojas viens vilnis, nedaudz pastiprināts ar rezonansi un ir gatavi elektronu pāri (piemēram, СuCl, SiC). Ir jāņem šāda viela, jānosaka akustiskā frekvence un balistisko fononu vietā jāpieliek tai pietiekamas jaudas ultraskaņas vibrācijas (jāveic jonu-plazmas enerģijas darbs). Ar šo darbību mēs nostiprināsim atgriezeniskās saites darbu un uzsāksim enerģijas ciklu, kā rezultātā mēs iegūstam mākslīgais supravadītājs istabas temperatūrā. Tajā pašā laikā jāatceras, ka ar nepietiekamu ultraskaņas jaudu mainīsies tikai parauga pretestības vērtība. Iespējams, ka pēc šī principa darbojas daži kristāli ar Guna efektu, kur tiek radītas spēcīgas elektriskās vibrācijas. Acīmredzot tur no pieliktā elektriskā sprieguma, kas pārsniedz 3 kilovoltus, darbības istabas temperatūrā rodas tādas pašas ballistiskās svārstības, bet nez kāpēc īslaicīgi, tikai uz svārstību laiku. Ultraskaņu uz maziem kristāliem var aizstāt ar lāzera impulsiem ar fermisekundes laikiem.

Saskaņā ar iepriekš minēto argumentāciju ir iespējams ieskicēt ražošanas veidu telpas supravadītājs. Veiksmīgam darbam ir nepieciešams ņemt materiālu ar spēcīgām ķīmiskām saitēm. skaņu vilnis, ierīces visu trīs elektromagnētisko viļņu noteikšanai un kristāla režģī ievadot smagos vai vieglos atomus, lai panāktu trīs viļņu rezonansi. Un pēc tam vispirms ar ultraskaņu (vai lāzeru) noregulējiet skaņas viļņa atgriezeniskās saites spēku un pēc tam eksperimentējot izstrādājiet ballistisko vibrāciju ierosināšanas metodi. Silīcija karbīds tam ir piemērots un nākotnē vislabākais supravadošs materiāls būs parasts ogleklis, jo tā mērogos ir attiecīgi spēcīgākās ķīmiskās saites no dabas. supravadītspēja nepieciešama minimāla ballistisko vibrāciju enerģija.

Noslēgumā mēs atzīmējam, ka supravadītājs no visiem citiem materiāliem atšķiras ar iekšēju, rezonējošu vienotu elektromagnētiskais vilnis uz ārējiem elektroniem un darbojas tandēmā ar atomu ballistiskajām vibrācijām (fononiem). Pierādījumi tam ir eksperimentāli atrasti Nesen tilpums un virsma supravadītspēja BB-saite uz publikāciju

Liels paldies par ieguldījumu vietējās zinātnes un tehnoloģiju attīstībā!

Attēla autortiesības Thinkstock Attēla paraksts Supravadītājus var izmantot elektrisko tīklu izveidošanai

Apmēram -270 grādos pēc Celsija daži metāli izlaiž elektrisko strāvu bez pretestības. Tomēr zinātnieki ir iemācījušies sasniegt supravadītspēju augstākā temperatūrā, kas ir aptuveni 130 kelvini (-143 Celsija), un neapstājas pie tā, uzskatot, ka šo vērtīgo īpašību var reproducēt istabas temperatūrā.

Supravadītājiem raksturīgs pilnīgs pretestības trūkums. Tā sauktie pirmā veida supravadītāji pilnībā izspiež magnētisko lauku.

Līdzīgas otrā veida vielas ļauj vienlaikus būt supravadītspējai un spēcīgam magnētiskajam laukam, kas padara to pielietojumu ārkārtīgi plašu.

Kas ir supravadītspēja?

Pašu parādību 1911. gadā aprakstīja holandiešu ķīmiķis un fiziķis Heike Kammerling-Ottes. Viņš kļuva par laureātu Nobela prēmija divus gadus vēlāk.

Supravadītspējas jēdziens pirmo reizi parādījās zinātniskie raksti Padomju akadēmiķis Ļevs Landau, kuram, starp citu, par savu darbu 1962. gadā tika piešķirta arī Nobela prēmija.

Metālu supravadītspēja ir izskaidrota, izmantojot tā saukto "Kūpera pāru" jēdzienu: divi elektroni, kas apvienoti caur kvantu ar kopējo nulles leņķisko impulsu.

Līdzīgi elektronu pāri rodas dažu metālu kristāliskajā režģī, kad tos atdzesē līdz ārkārtīgi zemai temperatūrai.

Tomēr vēlāk, izmantojot kuprātus – keramiku ar augstu vara saturu – zinātnieki panāca supravadītspēju temperatūrā, kas ir ievērojami augstāka par slāpekļa viršanas temperatūru (-196 Celsija), kas, ņemot vērā plaši izplatīto šķidrā slāpekļa ražošanu, padara vielas bez pretestības salīdzinoši ērtas. izmantot.

Pateicoties šiem eksperimentiem, supravadītāji kļuva plaši izplatīti un mūsdienās tiek izmantoti jo īpaši attēlveidošanai medicīniskās diagnostikas ierīcēs, piemēram, magnētiskajos skeneros un magnētiskajos rezonatoros.

Tos plaši izmanto arī daļiņu paātrinātājos fizikas pētījumos.

Un tad grafēns?

Helsinku Aalto universitātes un Krievijas Zinātņu akadēmijas Landau Teorētiskās fizikas institūta profesors Grigorijs Voloviks Maskavas Starptautiskajā kvantu tehnoloģiju konferencē runāja par iespējamo supravadītspējas iegūšanu augstās temperatūrās, izmantojot grafēnu - plakanu modifikāciju.

Grafēnam, tāpat kā supravadītājiem, tiek prognozēta spoža nākotne – par to interesējas gan spuldžu, gan bruņuvestu ražotāji, nemaz nerunājot par tā perspektīvām mikroelektronikā.

Attēla autortiesības IBM Attēla paraksts Normālos apstākļos grafēnam piemīt pusvadītāja īpašības

Tā potenciālu teorētiskie fiziķi aprakstīja visu 20. gadsimtu, bet līdz praktiskiem pētījumiem tas nonāca tikai 21. gadsimtā: tieši no grafīta izolētā grafēna īpašību aprakstam no Krievijas ieradās Konstantīns Novoselovs un Andrejs Geims.

Pēc Volovika domām, zināšanas par elektromagnētisko lauku īpašībām var dot iespēju uzbūvēt supravadītāju, pamatojoties uz plakanām enerģijas joslām, ko var novērot "ideālā" grafēnā.

Un tomēr – kā ar istabas temperatūru?

Ideālajam grafēnam raksturīgajai plakanajai zonai visā tās plaknē jābūt nullei.

Tomēr oglekļa divdimensiju alotropās modifikācijas patiesā struktūra pēc struktūras bieži atgādina "saplacinātu desu", saka prof. Voloviks.

Tomēr eksperti nezaudē sirdi: šobrīd teorētiķi strādā pie vairākām iespējām, kā izveidot plakanu enerģijas zonu, kas nepieciešama supravadītspējas radīšanai istabas apstākļos, starp kurām ir arī pārdzesētas gāzes.

Pagājušajā gadā amerikāņu fiziķi no Stenfordas universitātes izdomāja, kā grafēna supravadītspēju var izmantot praksē, izmantojot monatomiskā oglekļa - patiesībā grafēna - un kalcija slāņus, kas slāņoti viens virs otra kā "sviestmaize".

Kopš nedaudz vairāk nekā pirms gada britu zinātnieki var runāt par ievērojamu nepieciešamo materiālu ražošanas izmaksu samazinājumu.

Uzdevums, kā saka visi iepriekš minētie eksperti, tagad ir atrast veidus, kā ražot bezdefektu grafēnu lielos apjomos.

Ciets, šķidrs, gāze, plazma... kas vēl?

Viens no matērijas stāvokļiem, kam tiek novērota supravadītspēja un citi kvantu efekti, ir Bozes-Einšteina kondensāts, kas nosaukts pēc indiešu fiziķa Satjendras Bozes un Alberta Einšteina teorētiskā darba.

Attēla autortiesības Zinātnes fotoattēlu bibliotēka Attēla paraksts Satyendra Bose bija pionieris daļiņu uzvedības izpētē pie nulles Kelvina

Tā ir īpaša matērijas forma – tā ir agregācijas stāvoklis fotoni un citi elementārdaļiņas, kas saistīti ar bozoniem, temperatūrā, kas ir tuvu nullei kelviniem.

1995. gadā - 70 gadus pēc Boses un Einšteina teorētisko pamatojumu publiskošanas - zinātnieki pirmo reizi varēja novērot kondensātu.

Tikai 2010. gadā fiziķiem izdevās iegūt šādu kondensātu fotoniem.

Jo īpaši Natālija Berlofa, Skolkovas Zinātnes un tehnoloģijas institūta lektore, kas uzstājās konferencē, aprakstīja polaritonu - kvazidaļiņu uzvedību, kas rodas, fotoniem mijiedarbojoties ar elementāriem vides ierosinājumiem.

Berlofa sacīja, ka viņa pagājušajā vasarā mēģināja iepazīstināt premjerministru Dmitriju Medvedevu un premjerministra vietnieku Arkādiju Dvorkoviču ar kvantu teorijas pielietojumu kā valsts iniciatīvu.

Daļa Skolkovas Zinātņu un tehnoloģiju institūta studentu jau šobrīd aktīvi iesaistās starptautiskajos pētījumos - jo īpaši Berlofa studenti ir daļa no fiziķu komandas, kas apraksta minēto polaritonu uzvedību.