Szobahőmérsékleti szupravezetők keresésekor

Képzelj el egy olyan világot, amelyben mágneses lebegő (maglev) vonatok általánosak, a számítógépek villámgyorsak, a tápkábelek kis veszteségeket mutatnak, és léteznek új részecskedetektorok. Ebben a világban valóságosak a szobahőmérsékleti szupravezetők. Eddig ez a jövő álma, de a tudósok, mint valaha, közelebb állnak a szobahőmérsékletű szupravezető képesség eléréséhez.

A szobahőmérsékleti szupravezető (RTS) a magas hőmérsékletű szupravezető (magas-T_c vagy HTS), amely közelebb működik szobahőmérséklet mint hogy abszolút nulla. A 0 ° C (273,15 K) feletti üzemi hőmérséklet azonban még mindig jóval alacsonyabb, mint amit a legtöbbünk „normál” szobahőmérsékleten (20-25 ° C) tart. A kritikus hőmérséklet alatt a szupravezető nulla elektromos ellenállás és a mágneses fluxus mezők kiürítése. Noha ez egy egyszerűsítés, a szupravezető képesség tökéletes állapotnak tekinthető elektromos vezetőképesség.

A magas hőmérsékletű szupravezetők szupravezető képessége 30 K (–243,2 ° C) felett van. Míg a hagyományos szupravezetőt folyékony héliummal kell hűteni, hogy szupravezetővé váljon, a magas hőmérsékletű szupravezető

A szupravezető képesség kritikus hőmérsékletének a gyakorlati hőmérsékletre történő emelése szent graál a fizikusok és az elektromos mérnökök számára. Egyes kutatók szerint a szobahőmérsékleti szupravezető képesség lehetetlen, mások rámutatnak olyan előrehaladásra, amely már meghaladta a korábban alkalmazott véleményeket.

A szupravezetõképességet 1911-ben Heike Kamerlingh Onnes fedezte fel folyékony héliummal hûtött szilárd higanyban (1913. évi Nobel-díj a fizikában). A tudósok csak az 1930-as években javasolták a szupravezető képesség magyarázatát. 1933-ban Fritz és Heinz London elmagyarázta a Meissner-effektus, amelyben a szupravezető belső mágneses tereket bocsát ki. A londoni elméletből a magyarázatok kiterjedtek a Ginzburg-Landau elméletre (1950) és a mikroszkópos BCS elméletre (1957, Bardeen, Cooper és Schrieffer elnevezéssel). A BCS elmélete szerint úgy tűnt, hogy a szupravezetõ képesség 30 K feletti hõmérsékleten tilos. Ám 1986-ban Bednorz és Müller fedezte fel az első magas hőmérsékletű szupravezetőt, lantán-alapú kuprát-perovskites anyagot, amelynek átmeneti hőmérséklete 35 K. A felfedezés megszerezte az 1987. évi Nobel-fizika díjat, és megnyitotta az ajtót új felfedezések számára.

A legmagasabb hőmérsékletű szupravezető, amelyet Mihail Eremets és csapata 2015-ben fedez fel, a kénhidrid (H₃S). A kénhidrid átmeneti hőmérséklete 203 K (-70 ° C) körül van, de csak rendkívül magas nyomás alatt (körülbelül 150 gigapaszkal). kutatók megjósolni a kritikus hőmérséklet emelkedését 0 ° C felett, ha a kénatomokat foszfor, platina, szelén, kálium vagy tellúr helyettesíti, és még nagyobb nyomást alkalmaznak. Noha a tudósok magyarázatokat javasoltak a kénhidrid rendszer viselkedésére, nem tudták megismételni az elektromos vagy mágneses viselkedést.

Szobahőmérsékleti szupravezető viselkedést állítottak be a kénhidrid mellett más anyagokon is. A magas hőmérsékletű szupravezető ittrium bárium-réz-oxid (YBCO) 300 K hőmérsékleten szupravezetővé válhat infravörös lézerimpulzusok felhasználásával. Neil Ashcroft szilárdtest fizikus szerint a szilárd fémhidrogénnek szobahőmérsékleten szupravezetőnek kell lennie. A fémhidrogént állítólag elkészítő Harvard-csapat arról számolt be, hogy a Meissner-effektus 250 K hőmérsékleten volt megfigyelhető. Az exciton-közvetített elektronpárosítás (a BCS-elmélet nem fonon-közvetített párosítása) alapján ez a jobb alatti szerves polimerekben megfigyelhető a magas hőmérsékletű szupravezető képesség körülmények.

Számos jelentés jelent meg a szobahőmérsékletű szupravezető képességről a tudományos irodalomban, így 2018-tól a megvalósítás lehetségesnek tűnik. A hatás azonban ritkán tart fenn hosszú ideig, és ördögileg nehéz megismételni. Egy másik kérdés az, hogy szélsőséges nyomásra lehet szükség a Meissner-hatás eléréséhez. Miután stabil anyagot állítottak elő, a nyilvánvalóbb alkalmazások között szerepel a hatékony elektromos vezetékek és az erős elektromágnesek fejlesztése. Onnan az ég az elektronika szempontjából a határ. A szobahőmérsékleti szupravezető lehetőséget kínál arra, hogy gyakorlati hőmérsékleten ne veszítsen energiát. Az RTS alkalmazásának nagy részét még el kell képzelni.

• A szobahőmérsékleti szupravezető (RTS) olyan anyag, amely 0 ° C hőmérsékleten képes szupravezető képességgel járni. Normál szobahőmérsékleten nem feltétlenül szupravezető.
• Bár sok kutató állítása szerint megfigyelték a szobahőmérsékleti szupravezető képességet, a tudósok nem voltak képesek megbízhatóan megismételni az eredményeket. Léteznek azonban magas hőmérsékletű szupravezetők, átmeneti hőmérsékleten –243,2 ° C és –135 ° C között.
• A szobahőmérsékleti szupravezetők egyik lehetséges alkalmazásai a gyorsabb számítógépek, az új adattárolási módszerek és a jobb energiaátvitel.

• Bednorz, J. G.; Müller, K. A. (1986). "Lehetséges magas TC szupravezető képesség a Ba-La-Cu-O rendszerben". Zeitschrift für Physik B. 64 (2): 189–193.
• Drozdov, A. P.; Eremets, M. ÉN.; Troyan, I. A.; Ksenofontov, V.; Shylin, S. ÉN. (2015). "Hagyományos szupravezető képesség 203 kelvinnél magas nyomáson a kénhidrid rendszerben". Természet. 525: 73–6.
• Ge, Y. F.; Zhang, F.; Yao, Y. G. (2016). "A szupravezető képesség első alapelvei 280 K hőmérsékleten hidrogén-szulfidban alacsony foszforhelyettesítéssel." Phys. Fordulat. B. 93 (22): 224513.
• Khare, Neeraj (2003). Magas hőmérsékletű szupravezető elektronika kézikönyve. CRC Press.
• Mankowsky, R.; Subedi, A.; Först, M.; Mariager, S. O.; Chollet, M.; Lemke, H. T.; Robinson, J. S.; Glownia, J. M.; Minitti, M. P.; Frano, A.; Fechner, M.; Spaldin, N. A.; Loew, T.; Keimer, B.; Georges, A.; Cavalleri, A. (2014). "Nemlineáris rácsdinamika az YBa fokozott szupravezető képességének alapja₂Cu₃O_6.5". Természet. 516 (7529): 71–73.
• Mourachkine, A. (2004). Szobahőmérséklet szupravezető képesség. Cambridge Nemzetközi Tudományos Kiadó.