Czy nadprzewodniki wysokotemperaturowe robią jakieś postępy?

Kiedy materiały przewodzą elektryczność, część energii jest marnowana w postaci ciepła. Ta strata nazywana jest oporem. Jednak w pewnych warunkach niektóre materiały nie mają żadnej odporności. Materiały te nazywane są nadprzewodnikami, a ich wydajność w przenoszeniu elektryczności i generowaniu pól magnetycznych sprawia, że ​​mają kluczowe znaczenie w zastosowaniach, takich jak urządzenia do obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI) i superszybki japoński system pociągów maglev.

Naukowcy zaobserwowali, że materiał na krótko traci swoją oporność elektryczną w temperaturze pokojowej po impulsie z lasera. Tutaj zilustrowano jego strukturę.

Ale te konwencjonalne nadprzewodniki muszą być chłodzone ciekłym helem do temperatury około -270°C, co jest drogie i ogranicza ich zastosowanie. Nadprzewodniki wysokotemperaturowe, po raz pierwszy wyprodukowane w latach 80., stają się nadprzewodnikami w temperaturze około -135 °C, co pozwala na bardziej praktyczne procesy chłodzenia przy użyciu ciekłego azotu. Materiały te mogą przynosić większe korzyści, takie jak dostarczanie większej mocy miastom i magazynowanie energii w ich sieciach (patrz Magnesy nadprzewodzące do przechowywania w skali sieci). Mogą również znacznie zmniejszyć wielkość generatorów wiatrowych i mogą być wykorzystywane w superkomputerach.

Nadprzewodniki wysokotemperaturowe zostały zademonstrowane w kilku niszowych zastosowaniach, w tym w kablu zasilającym Long Island (patrz Bardziej wytrzymała sieć dla Manhattanu) oraz na statku marynarki wojennej Stanów Zjednoczonych. Firma z Chicago rozważa zastosowanie kabli nadprzewodzących, które zapewniają: 10 razy tyle mocy, co przewody miedziane tego samego rozmiaru. Mogą pomóc w ograniczeniu przerw w dostawie prądu, ponieważ mogą szybko przenosić energię między podstacjami w ilościach, które usmażłyby tradycyjny sprzęt.

Ale nowsze materiały są ograniczone, ponieważ są trudne do wykonania. Naukowcy wciąż próbują dowiedzieć się więcej na temat działania tych wysokotemperaturowych nadprzewodników, aby pewnego dnia stworzyć materiały o takich właściwościach w temperaturze pokojowej. Ostatnio nastąpiły pewne postępy w tej dziedzinie.

Rozgrzewka

Fizycy w Hamburgu Instytut Maxa Plancka Struktury i Dynamiki Materii wykazali, że nadprzewodnik wysokotemperaturowy poddany działaniu impulsów z lasera na podczerwień traci opór elektryczny w temperaturze pokojowej. Wydaje się, że impulsy laserowe przesuwają atomy w sieci krystalicznej materiału ceramicznego, twierdzą naukowcy w Natura list. Ta zmiana była obserwowana tylko przez trylionowe części sekundy, ale może to dać naukowcom więcej wskazówek na temat tworzenia nadprzewodników, które działają w wyższych temperaturach.

Na Uniwersytet Południowej Kalifornii naukowcy złożyli klaster atomów glinu, który wykazywał nadprzewodnictwo w temperaturze -173°C zamiast -272°, co jest potrzebne do przekształcenia typowego aluminium w nadprzewodnik. Badanie zostało opublikowane w Litery nano 28 stycznia.

Więcej eksperymentów

Ponieważ naukowcy nie wiedzieli dokładnie, co sprawia, że ​​materiały działają jak nadprzewodniki wysokotemperaturowe, proces znajdowania nowych był trudny. W czerwcu ubiegłego roku naukowcy z University of Cambridge odkryli, że nadprzewodnictwo w tych materiałach pochodzi ze skręconych kieszeni elektronowych. Szczegóły opisane są w lipcowym liście w Natura . Uczelnia udostępnia zdjęcie tych kieszeni i więcej informacji na temat badania tutaj.

Współpracując z naukowcami z Japonii, Tajwanu i Szkocji, naukowcy z Cornell University opisują, w jaki sposób mogli znaleźć odcisk palca charakterystycznej aktywności elektronów w wysokotemperaturowych nadprzewodnikach żelaznych. Naukowcy opisują to teoretyczne podejście w kilku Fizyka Przyrody list.

Jednocześnie niektóre odkrycia przysparzają naukowcom niepowodzeń. W Fizyka Przyrody artykuł, na przykład, naukowcy ze Stanford wyjaśniają, w jaki sposób odkryli nieoczekiwane zachowanie w materiale z tlenku miedzi. Film animowany przedstawia co znaleźli.

Mocniejsze materiały

Niektóre z dzisiejszych nadprzewodników wysokotemperaturowych mogą przenosić tak duży prąd, że generują pola magnetyczne 100 razy silniejsze niż magnes na lodówkę. Materiał musi być w stanie pomieścić siłę tego pola magnetycznego, w przeciwnym razie wybuchnie. W czerwcu zeszłego roku inżynierowie z University of Cambridge, Florida State University i Boeing pobił rekord z 2003 roku za siłę siły magnetycznej, która może być uwięziona w nadprzewodniku. Wyniki zostały szczegółowo opisane w Nauka i technologia nadprzewodników .

Na wynos:

Ciągłe pytania o to, dlaczego materiały stają się nadprzewodnikami wysokotemperaturowymi, utrudniają projektowanie nowych, bardziej praktycznych w produkcji i użytkowaniu. Michael Norman, wybitny pracownik Argonne National Laboratory, opisał ostatnio badania nad nadprzewodnikami wysokotemperaturowymi na przestrzeni lat w Natura recenzja. Pomaga to pokazać, dlaczego ostateczny cel opracowania nadprzewodnika działającego w temperaturze pokojowej jest odległy.

Masz duże pytanie? Wyślij sugestie na adres [email protected] .

ukryć