Ученые приблизились к разгадке секрета высокотемпературных сверхпроводников

15 034 просмотра
Об авторе

Сверхпроводники

Сверхпроводники — это Святой Грааль физиков и материаловедов. Эти материалы позволяют электрическому току течь совершенно свободно, безо всякого сопротивления. Правда, такое возможно лишь при температурах в несколько градусов выше абсолютного нуля, что затрудняет их повсеместное использование. Тем не менее, если бы мы могли использовать силу сверхпроводимости при комнатной температуре, мы могли бы изменить процессы производства, хранения, распределения энергии, и фантастика стала бы реальностью.

Не так давно исследователи из отдела энергий Брукхейвенской национальной лаборатории стали на один шаг ближе к пониманию того, как осуществить подобный прорыв. Исследование, проведенное под руководством физика Ивана Божовича, было посвящено классу соединений под названием купраты, они содержат слои атомов меди и кислорода.

При определенных условиях — которые пока что включают сверхнизкие температуры — электрические токи свободно протекают через купратные сверхпроводники, не встречая на своем пути никаких препятствий. То есть переносимая ими электроэнергия совсем не преобразуется в тепло. Если вы когда-либо держали ноутбук на коленях, вы должны понимать, что такое потеря тепла из-за несверхпроводящего материала.

Пары

Создание необходимых условий для сверхпроводимости в купратах также включает добавление других химических элементов вроде стронция. Добавляя эти атомы и охлаждая материал, можно добиться того, что электроны — которые обычно отталкиваются друг от друга — выстроятся парами и будут легко двигаться через материал. Чем же особенные эти купраты? Дело в том, что они могут достичь этого «волшебного» состояния при температурах, которые на сотню градусов превышают те, при которых обычно работают сверхпроводники. Это делает купраты весьма перспективными для реального применения.

Такие материалы не потребуют охлаждения, так что их можно было бы относительно легко и недорого включить в нашу повседневную жизнь. Представьте энергосети, которые никогда не теряют энергию; более доступные системы поездов на магнитной подушке; дешевые методы магнитно-резонансной томографии и небольшие, но очень мощные суперкомпьютеры.

Чтобы выяснить секрет «высокотемпературной» сверхпроводимости в купратах, ученым нужно понять, как ведут себя электроны в этих материалах. Группа Божовича в настоящее время решила часть загадки, определив, что именно контролирует температуру, при которой купраты становятся сверхпроводящими.

Стандартная теория сверхпроводимости гласит, что эта температура определяется силой взаимодействия электронных пар, но команда Божовича пришла к другим выводам. После 10 лет подготовки и анализа более 2000 образцов купрата, меняя долю стронция, они выяснили, что число электронных пар в определенной области (скажем, на кубический сантиметр), или плотность электронных пар, — это определяет температуру перехода в сверхпроводящее состояние. Другими словами, за все отвечает не сила, а плотность, в данном случае — электронных пар.

Ученые пришли к такому выводу, измеряя, насколько далеко может проходить магнитное поле через каждый образец. Это расстояние напрямую связано с плотностью электронных пар и меняется в зависимости от свойств материала. В сверхпроводниках магнитное поле выталкивается; в металлах проникает. При большом количестве строцния купрат становится более проводящим, поскольку увеличивается число подвижных электронов. Однако ученые заметили, что если добавлять больше стронция, число электронных пар уменьшается, пока их не останется совсем. В то же время температура сверхпроводящего перехода стремится к нулю. Божовича и его команду также удивило, что в пары собирается лишь часть электронов, хотя должны все.

Представьте себе такую аналогию. Вы танцуете в танцевальном зале, и в какой-то момент другие люди — которые обычно не ходят держась за руки — начинают собираться парами и двигаться в унисон. Приходят новенькие, тоже собираются в пары и присоединяются к гармоничному танцу. Но затем происходит что-то странное. Независимо от числа прибывающих людей на танцполе, лишь часть их разбилась по парам, несмотря на то, что могли бы все. И в конечном итоге пар больше не остается.

Почему танцоры, или электроны, вообще сбиваются в пары? Ответ на этот вопрос станет очередным шагом к разгадке механизма высокотемпературной сверхпроводимости в купратах. Эта загадка волнует физиков уже более 30 лет.

Ученые приблизились к разгадке секрета высокотемпературных сверхпроводников

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

40 комментариев

  1. serikastana

    Обычно, когда выбираешь сечение кабеля для какого нибудь электроприемника берешь в расчет его длину и ток нагрузки. При использовании сверхпроводникового кабеля теоретически получается можно выбрать любое сечение независимо от мощности и расстояния между генератором и нагрузкой (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • tabasko

      Можно проще через понижающую структуру или инертные газы с задержкой сигнала... (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • 223231

        Сверхпроводимрсть разрушается после определенной силы тока. У каждого вещества и для каждой толщины есть критическая сила тока, при которой сверхпроводимость ломается. Поэтому не все так просто) Придется,все-же сечение под нагрузку выбирать)

  2. Denus Warrus

    Стоит признать тот факт, что наука никогда не поймёт некоторые вещи, но зато методом проб и ошибок способна использовать эффекты и свойства окружающего мира, даже меняя принудительно условия возникновения этих эффектов и свойств. Вот к примеру ученые используют свойства магнитного и электрического поля, хотя совершенно не понимают собственно природу этих явлений. И если переносчиком электрического поля является электрон, то магнитное, это и вовсе тёмный лес. А про электрон что можно сказать, он имеет некоторый заряд...почему? да хрен его знает! Т.е. это использование эффекта, но не понимание сути вещей. Что конечно не уменьшает значимости научных достижений. Так и со сверхпроводниками будет. Методом подбора и научного тыка, будут обнаружены идеальные материалы, но почему, на этот вопрос ответят навряд ли, как обычно опишут эффект и признают, что мир непознаваем. В конце концов материальный и понятный мир превращается в информационное поле, а там на вопрос "почему?" есть только ответ "потому" и всё, никакого понимания дальше не будет, дальше уже вопрос "веры".

    • Riccard

      " Т.е. это использование эффекта, но не понимание сути вещей. "

      Еще раз, это ТЫ не понимаешь сути вещей, ты вообще про науку ничего не понимаешь. Зачем ты пишешь весь этот бред? Твое скудное познание науки никому не интересно.

  3. Riccard

    "Стоит признать тот факт, что наука никогда не поймёт некоторые вещи"

    Стоит признать тот факт, что именно ты никогда не поймешь некоторые вещи. А вот про науку это голословное заявление подкрепленное ничем.

    • Denus Warrus

      Вау! Ну расскажи ка мне о великий, что такое магнитное поле? Почему электрон имеет заряд?

      • Riccard

        Своим образованием занимайся сам. Благо у тебя есть интернет и все знания мира. Начни хотя бы со статьи на википедии, а там уже углубляйся.

      • Riccard

        Своим образованием занимайся сам. Благо у тебя есть интернет и все знания мира. Начни хотя бы со статьи на википедии, а там уже углуб ляйся.

        • Denus Warrus

          Т.е. ответов у тебя нет? Видимо погуглил, обнаружил описание эффекта, но не понимание его и отписался отправив в википедию?

          • Riccard

            Еще раз, ты даже школу еще не закончил и сам себя образовывать тоже не хочешь. Говорить с пустышкой вроде тебя бесполезно.

            • Denus Warrus

              Да мы и не разговариваем вроде. Это переписка. А ты если такой переполненный, сходи отлей, может заполнишь освободившееся место чем-то новым и интересным.

        • Denus Warrus

          Вот простой вопрос, он касается и темы статьи. Электрическое поле распространяется со скоростью света, в то время как движение электрона в проводнике на порядок ниже. Т.е. движется через проводник сам заряд. Но носитель заряда это электрон и он движется медленнее...дак за счет, каким образом чего передаётся электрическое поле? Заряд = электрон (напоминаю)

          • Riccard

            Ты школу вообще закончил? Мы еще в школе учили, почему скорость в проводниках ниже. Я уже молчу, что можно просто загуглить

            • Denus Warrus

              Это примерно как ответ: Да фиг его знает. Ты мне про Фому. я тебе про Ерёму. Меня не интересует формула описывающая свойство эффекта, меня интересует, как вообще что-то движущееся со столь малой скоростью способно создавать электромагнитное поле распространяющееся со скоростью света. Это же абсурд. Вот, почитай на досуге http://electrodynamics.narod.ru/magnetic-field.html

              • Riccard

                Зачем мне читать антинаучный бред? Прочитай лучше научные книги на эту тему, если интересует.

              • koryab

                Ток в проводнике можно сравнить с составом из поезда и множества вагонов. Представим что поезд позади состава. Поезд толкает последний вагон через сколько секунд поедет первый? Скорее всего через секунду и поедет при длине состава скажем из 50 вагонов. Но один вагон такое расстояние как длина состава за секунду не преодолеет. Вот тебе и разница в скоростях распространения волны и движения электрона. А в переменном токе наш электрон вообще ни куда далеко не бежит а совершает колебательные движения.

                • Denus Warrus

                  Нельзя сравнить. Электрон вообще может быть волной согласно квантовой теории, также он может находиться где угодно и это бы объяснило возникновение поля, но тогда необходимо принять, что существует некое квантовое поле имеющее повсеместно однородную структуру и электрон будет в таком поле не материальной частицей, а единицей информации, но т.к. это лишь теория, то принимать её или , это вопрос веры, о чём я и написал в своём первом посте.

          • Bit

            Интересная мысль. Корпускулярно-волновой дуализм электрона проявляется как волна и как частица одновременно. Вполне логично.

            • Vladimir8

              Согласен! Никто электрон не видел никогда. Да и не увидит никогда, он по ту сторону дифракционного барьера.
              На этих размерах уже работает квантовая тероия, а там совсем другие законы. Тот же фотосинтез в растениях если начать разбираться волосы встают дыбом

              • Bit

                Плюс ко всему, если поразмыслить над электронным облаком вокруг ядра, да еще и дискретными скачками по энергетическим орбиталям... На эти вопросы еще нет ответов.
                Маловато мы еще знаем об электронах.

      • JollyRoger

        Не трать время на троллятину. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

        • Riccard

          Ирония в том, что троль как раз ты. Только тролли могут голословно обвинять других людей в троллизме.

          • Dasha2000

            Ну тогда, уважаемый, по Вашей же логике, Вы тоже являетесь троллем! Следовательно и я, ибо тоже прикоснулась к вашему диалогу.
            Значит есть общее ТРОЛЛИНГОВОЕ поле!
            Друзья!
            RICCARD натолкнул меня на аналогию из квантовой физики!
            Бозоны существуют внутри некоего бозонового поля, сохраняющего их состояние! Так вот тролли тоже так умеют! И поле их идентично ( нужно проверить этот постулат!).
            :)

          • mlserg

            Какое же ты унылое бесполезное существо. Порой наткнешся на твой комментарий, пречтешь случайно и блевать сразу хочется.

            • Riccard

              Пиши еще больше комментариев, не несущих смысл и аргументации. Все как у троллей или просто глупых, ограниченных людей вроде тебя :) Ты там держись!

  4. tabasko

    После сверхпроводников последует сверх тормоза потом сверхстоп и сверхускорение б...я я худею с этих ученых.... (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  5. karsky

    "Что такое потеря тепла из за несверхпроводящего материала" ? Вы уверены, что именно тепло является ключевой составляющей? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  6. ponchic

    Антигравитацию с использованием сверхпроводников уже изобрели?

    • Dasha2000

      :)
      Иронию оценила!
      Пока нет, но вот, чего добился братский Китай: они пошли своим путем и, похоже, не заблудились!
      Вот какой принцип они взяли за основу( и есть результаты):
      Они создают разные искусственные вещества, мелекулярная структура которых есть некий кластер. При прохождении тока, вещество вырабатывает внутри кристалической решетки поле, которое упорядочивает ориентацию кластеров и проводимость резко возрастает. Я очень сжато описала, подробнее мне не хватит места.
      Такой проводник работает при комнатной температуре, но 100 процентов
      ( заветных) китайцы еще не достигли!

    • Dasha2000

      Брошенный камень перелетел огород и упал за горризонт событий ЧД,
      PONCHIC !

  7. Dasha2000

    ПОЧЕМУ ЭЛЕКТРОНЫ СБИВАЮТСЯ В ПАРЫ?
    А у меня есть теория!
    Протон можно расщепить на ТРИ Бозона ( факт). При этом расщеплении возникает также некое БОЗОННОЕ ПОЛЕ ( свойства которого весьма необычны и малоизученны).
    Поэтому я преположила, что у электронов тоже есть некое поле, которое может менять их состояние. А может это электронное поле вообще лежит в иной мерности Пространства?
    А все несостыковки законов физики сводятся именно к тому, что мы не учитываем взаимодействие полей из других мерностей!
    Вот такая теория.
    :)
    Исходя из постулата, что ничего не говорит об обратном, можно смело утверждать, что моя теория вполне имеет основания!

  8. Dasha2000

    Забыла выразить благодарность автору материала!
    Уважение!
    Книксен!

  9. Joe

    Хаха, у них вечно какие-то траблы с фотками и видео (отправлено из приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.