Dè ma gheibh sinn superconductors aig teòthachd àrd? Ceangalaichean dòchais

Loidhnichean tar-chuir gun chall, innleadaireachd dealain aig teòthachd ìosal, superelectromagnets, mu dheireadh a’ teannachadh milleanan de ìrean plasma ann an reactaran thermonuclear, rèile maglev sàmhach agus luath. Tha uimhir de dhòchas againn airson superconductors...

Superconductivity canar staid stuth neoni an aghaidh dealain. Tha seo air a choileanadh ann an cuid de stuthan aig teòthachd glè ìosal. Lorg e an iongantas quantum seo Kamerling Onnes (1) ann an airgead-beò, ann an 1911. Chan eil fiosaig chlasaigeach a' toirt cunntas air. A bharrachd air strì neoni, is e feart cudromach eile de superconductors brùth an raon magnetach a-mach às an tomhas-lìonaidh aigea’ bhuaidh ris an canar Meissner (ann an seòrsa I superconductors) no fòcas an raoin magnetach gu “vortices” (ann an seòrsa II superconductors).

Bidh a’ mhòr-chuid de superconductors ag obair dìreach aig teòthachd faisg air neoni iomlan. Thathas ag aithris gu bheil e 0 Kelvin (-273,15 °C). Gluasad nan atom aig an teòthachd seo cha mhòr nach eil e ann. Is e seo an iuchair airson superconductors. Mar as àbhaist dealanan bidh gluasad anns an stiùiriche a’ bualadh le dadaman crathaidh eile, ag adhbhrachadh call lùth agus strì. Ach, tha fios againn gu bheil superconductivity comasach aig teòthachd nas àirde. Mean air mhean, bidh sinn a’ faighinn a-mach stuthan a sheallas a’ bhuaidh seo aig ìre nas ìsle na Celsius, agus o chionn ghoirid eadhon aig plus. Ach, mar as trice bidh seo a-rithist co-cheangailte ri cleachdadh cuideam fìor àrd. Is e an aisling as motha an teicneòlas seo a chruthachadh aig teòthachd an t-seòmair gun chuideam mòr.

Is e am bunait fiosaigeach airson coltas staid superconductivity cruthachadh paidhrichean de luchd-glacaidh bathair - ris an canar Cooper. Faodaidh paidhrichean mar seo èirigh mar thoradh air aonadh dà eleactronan le lùths co-chosmhail. Fermi lùth, i.e. an lùth as lugha leis an tèid lùth siostam fermionic àrdachadh às deidh aon eileamaid eile a chur ris, eadhon nuair a tha lùth an eadar-obrachaidh eatorra glè bheag. Bidh seo ag atharrachadh feartan dealain an stuth, leis gur e fermions a th’ anns na luchd-giùlan singilte agus gur e bosons a th’ anns na paidhrichean.

Co-obraich mar sin, is e siostam de dhà fermion a th’ ann (mar eisimpleir, eleactronan) a tha ag eadar-obrachadh le chèile tro chreathadh an lann chriostail, ris an canar phonons. Tha an iongantas air a mhìneachadh Tha Leona a 'co-obrachadh ann an 1956 agus tha e na phàirt de theòiridh BCS air superconductivity aig teòthachd ìosal. Tha leth-shnìomh aig na fermions a tha a 'dèanamh suas paidhir Cooper (a tha air an stiùireadh gu taobh eile), ach tha an t-snìomh den t-siostam làn, is e sin, is e boson a th' ann am paidhir Cooper.

Tha cuid de na h-eileamaidean aig superconductors aig teòthachd sònraichte, mar eisimpleir, cadmium, staoin, alùmanum, iridium, platanam, cuid eile a’ dol a-steach do staid superconductivity a-mhàin le cuideam fìor àrd (mar eisimpleir, ocsaidean, fosfar, sulbhur, germanium, lithium) no anns an cruth de shreathan tana (tungsten, beryllium, chromium), agus is dòcha nach eil cuid dhiubh fhathast superconducting, leithid airgead, copar, òr, gasaichean uasal, hydrogen, ged a tha òr, airgead agus copar am measg nan stiùirichean as fheàrr aig teòthachd an t-seòmair.

Feumaidh "teòthachd àrd" teòthachd glè ìosal fhathast

Ann an 1964 bliadhna Uilleam A. Beag moladh gum faodadh superconductivity àrd-teòthachd a bhith ann polymers organach. Tha am moladh seo stèidhichte air co-chàradh dealanach le exciton-mediated seach paidhir fòn-meadhanach ann an teòiridh BCS. Chaidh am facal “superconductors aig teòthachd àrd” a chleachdadh airson cunntas a thoirt air teaghlach ùr de stuthan ceirmeag perovskite a lorg Johannes G. Bednorz agus C.A. Müller ann an 1986, airson an d'fhuair iad an Duais Nobel. Chaidh na superconductors ceirmeag ùra seo (2) a dhèanamh à copar agus ocsaidean measgaichte le eileamaidean eile leithid lanthanum, barium agus bismuth.

2. Truinnsear ceirmeach a’ dol thairis air magnets cumhachdach

Bho ar sealladh, bha superconductivity “teòthachd àrd” fhathast glè ìosal. Airson cuideaman àbhaisteach, b 'e an ìre as àirde -140 ° C, agus b' e "teòthachd àrd" a bh 'air eadhon superconductors mar sin. Tha an teòthachd superconductivity de -70 ° C airson hydrogen sulfide air a ruighinn aig cuideaman fìor àrd. Ach, feumaidh superconductors àrd-teòthachd nitrigin leaghaidh an ìre mhath saor seach helium leaghaidh airson fuarachadh, rud a tha riatanach.

Air an làimh eile, is e ceirmeag brisg a th’ ann sa mhòr-chuid, nach eil gu math practaigeach airson a chleachdadh ann an siostaman dealain.

Tha luchd-saidheans fhathast den bheachd gu bheil roghainn nas fheàrr a 'feitheamh ri bhith air a lorg, stuth ùr iongantach a choinnicheas ri slatan-tomhais leithid superconductivity aig teòthachd an t-seòmairaig prìs ruigsinneach agus practaigeach airson a chleachdadh. Tha cuid de rannsachadh air fòcas a chuir air copar, criostal iom-fhillte anns a bheil sreathan de atoman copair agus ogsaidean. Tha rannsachadh a’ leantainn air cuid de dh’aithrisean neo-riaghailteach ach nach gabh mìneachadh gu saidheansail gum faod grafait làn uisge a bhith na shàr-chonnsair aig teòthachd an t-seòmair.

Tha na bliadhnaichean o chionn ghoirid air a bhith na fhìor shruth de “ar-a-mach”, “briseadh-dùil” agus “caibideilean ùra” ann an raon superconductivity aig teodhachd nas àirde. Anns an Dàmhair 2020, chaidh aithris air superconductivity aig teòthachd an t-seòmair (aig 15 ° C). carbon disulfide hydride (3), ge-tà, le cuideam fìor àrd (267 GPa) air a chruthachadh leis an leusair uaine. Cha deach an Soitheach Naomh, a bhiodh na stuth an ìre mhath saor a bhiodh superconductive aig teòthachd an t-seòmair agus cuideam àbhaisteach, a lorg fhathast.

3. Stuth stèidhichte air carbon a tha superconductive aig 15 ° C.

Dawn na h-aoise Magnetic

Faodaidh àireamhachadh de thagraidhean comasach de superconductors àrd-teòthachd tòiseachadh le electronics agus teicneòlas coimpiutaireachd, innealan loidsig, eileamaidean cuimhne, suidsichean agus ceanglaichean, gineadairean, amplifiers, luathadairean gràin. An ath rud air an liosta: innealan fìor mhothachail airson raointean magnetach, bholtaids no sruthan a thomhas, magnets airson Innealan meidigeach MRI, innealan stòraidh lùth magnetach, a’ togail thrèanaichean peilearan, einnseanan, gineadairean, cruth-atharraichean agus loidhnichean cumhachd. Is e prìomh bhuannachdan nan innealan superconducting bruadar seo sgaoileadh cumhachd ìosal, obrachadh aig astar àrd agus fìor chugallachd.

airson superconductors. Tha adhbhar ann gu bheil ionadan cumhachd gu tric air an togail faisg air bailtean-mòra trang. Fiù 's 30 sa cheud. a chruthaich iad Lùth dealain faodaidh e a bhith air a chall air loidhnichean sgaoilidh. Tha seo na dhuilgheadas cumanta le innealan dealain. Bidh a’ mhòr-chuid den lùth a’ dol gu teas. Mar sin, tha pàirt chudromach de uachdar a ’choimpiutair glèidhte airson pàirtean fuarachaidh a chuidicheas le bhith a’ sgaoileadh an teas a thig bho na cuairtean.

Bidh superconductors a 'fuasgladh duilgheadas call lùth airson teas. Mar phàirt de dheuchainnean, bidh luchd-saidheans, mar eisimpleir, a’ faighinn beòshlaint sruth dealain taobh a-staigh an fhàinne superconducting thairis air dà bhliadhna. Agus tha seo às aonais lùth a bharrachd.

B’ e an aon adhbhar gun do stad an sruth leis nach robh cothrom air helium liùlach, chan ann air sgàth ‘s nach b’ urrainn don t-sruth cumail a’ sruthadh. Tha na deuchainnean againn gar toirt gu bhith a’ creidsinn gum faod sruthan ann an stuthan superconducting sruthadh airson ceudan de mhìltean de bhliadhnaichean, mura h-eil barrachd. Faodaidh sruth dealain ann an superconductors sruthadh gu bràth, a’ gluasad lùth an-asgaidh.

в gun strì dh’ fhaodadh sruth mòr sruthadh tron ​​​​uèir superconducting, a chruthaich raointean magnetach de chumhachd iongantach. Faodar an cleachdadh gus trèanaichean maglev (4) a ghluasad, a ruigeas astaran suas ri 600 km / h agus a tha stèidhichte air magnets superconducting. No cleachd iad ann an ionadan cumhachd, an àite dhòighean traidiseanta anns am bi roth-uidheaman a’ snìomh ann an raointean magnetach gus dealan a ghineadh. Dh’ fhaodadh magnets superconducting cumhachdach cuideachadh le smachd a chumail air freagairt fusion. Faodaidh uèir superconducting a bhith na inneal stòraidh lùth air leth, seach bataraidh, agus thèid an comas san t-siostam a ghleidheadh ​​​​airson mìle is millean bliadhna.

Ann an coimpiutairean cuantamach, faodaidh tu sruthadh deiseal no tuathal ann an superconductor. Bhiodh einnseanan shoithichean is chàraichean deich tursan nas lugha na tha iad an-diugh, agus bhiodh innealan MRI breithneachaidh meidigeach daor a’ freagairt ann am pailme do làmh. Air a chruinneachadh bho thuathanasan anns na fàsaichean mòra fàsach air feadh an t-saoghail, faodar lùth na grèine a stòradh agus a ghluasad gun chall sam bith.

4. Trèana maglev Iapanach

A rèir an eòlaiche fiosaig agus ainmeil saidheans, Kakubheir teicneòlasan leithid superconductors a-steach àm ùr. Nam biodh sinn fhathast beò ann an àm an dealain, bheireadh superconductors aig teòthachd an t-seòmair àm magnetachd leotha.