Unsa kaha kung…makakuha kita mga superconductor nga adunay taas nga temperatura? Mga bugkos sa paglaom

Wala’y pagkawala nga mga linya sa transmission, low-temperature nga electrical engineering, superelectromagnets, sa katapusan hinay nga pag-compress sa milyon-milyon nga degree sa plasma sa mga thermonuclear reactor, usa ka hilum ug paspas nga riles nga maglev. Daghan kaayo mig paglaom para sa mga superconductor...

Superconductivity ang materyal nga kahimtang sa zero electrical resistensya gitawag. Kini makab-ot sa pipila ka mga materyales sa ubos kaayo nga temperatura. Nadiskobrehan niya kini nga quantum phenomenon Kamerling Onnes (1) sa mercury, niadtong 1911. Ang klasikal nga pisika napakyas sa paghubit niini. Dugang sa zero nga pagsukol, laing importante nga bahin sa superconductor mao ang iduso ang magnetic field gikan sa gidaghanon niiniang gitawag nga Meissner effect (sa type I superconductor) o ang pagtutok sa magnetic field ngadto sa "vortices" (sa type II superconductor).

Kadaghanan sa mga superconductor nagtrabaho lamang sa mga temperatura nga duol sa hingpit nga zero. Kini gikataho nga 0 Kelvin (-273,15 °C). Ang paglihok sa mga atomo sa kini nga temperatura kini hapit wala. Kini ang yawe sa mga superconductor. Kasagaran mga electron Ang paglihok sa konduktor nabangga sa ubang mga nagkurog nga mga atomo, hinungdan pagkawala sa enerhiya ug resistensya. Bisan pa, nahibal-an namon nga ang superconductivity posible sa mas taas nga temperatura. Sa hinay-hinay, among nadiskobrehan ang mga materyales nga nagpakita niini nga epekto sa ubos nga minus Celsius, ug bag-o lang bisan sa plus. Bisan pa, kini pag-usab kasagaran nalangkit sa paggamit sa hilabihan ka taas nga presyur. Ang pinakadako nga damgo mao ang paghimo niini nga teknolohiya sa temperatura sa lawak nga walay gigantic pressure.

Ang pisikal nga basehan alang sa dagway sa kahimtang sa superconductivity mao pagporma sa mga parisan sa mga cargo grabber - ang gitawag Cooper. Ang ingon nga mga pares mahimong motungha ingon usa ka sangputanan sa panaghiusa sa duha ka mga electron nga adunay parehas nga kusog. Fermi kusog, i.e. ang pinakagamay nga enerhiya diin ang kusog sa usa ka fermionic nga sistema modaghan human sa pagdugang sa usa pa ka elemento, bisan kung ang kusog sa interaksyon nga nagbugkos kanila gamay ra kaayo. Gibag-o niini ang mga elektrikal nga kabtangan sa materyal, tungod kay ang mga nag-inusarang tigdala mga fermion ug ang mga pares mga boson.

Magtinabangay busa, kini usa ka sistema sa duha ka fermion (pananglitan, mga electron) nga nag-interact sa usag usa pinaagi sa mga vibrations sa kristal nga lattice, nga gitawag og phonon. Ang panghitabo gihulagway Nagtinabangay si Leona niadtong 1956 ug kabahin sa BCS theory of low-temperature superconductivity. Ang mga fermion nga naglangkob sa Cooper pair adunay tunga nga spins (nga gitumong sa kaatbang nga direksyon), apan ang resulta nga spin sa sistema puno, nga mao, ang Cooper nga pares usa ka boson.

Ang mga superconductors sa pipila ka mga temperatura mao ang pipila ka mga elemento, pananglitan, cadmium, tin, aluminum, iridium, platinum, ang uban moagi sa estado sa superconductivity lamang sa taas kaayo nga pressure (pananglitan, oxygen, phosphorus, sulfur, germanium, lithium) o sa porma sa manipis nga mga sapaw (tungsten, beryllium, chromium), ug ang uban mahimo nga dili pa superconducting, sama sa pilak, tumbaga, bulawan, halangdon nga mga gas, hydrogen, bisan kung ang bulawan, pilak ug tumbaga usa sa labing kaayo nga konduktor sa temperatura sa kwarto.

Ang "taas nga temperatura" nagkinahanglan gihapon og ubos kaayo nga temperatura

Sa 1964 tuig William A. Gamay gisugyot ang posibilidad sa paglungtad sa taas nga temperatura nga superconductivity sa organikong polimer. Kini nga sugyot gibase sa exciton-mediated electron pairing sukwahi sa phonon-mediated pairing sa BCS theory. Ang termino nga "high temperature superconductor" gigamit sa paghulagway sa usa ka bag-ong pamilya sa perovskite-structured ceramics nga nadiskobrehan ni Johannes G. Bednorz ug C.A. Müller niadtong 1986, diin sila nakadawat sa Nobel Prize. Kining bag-ong ceramic superconductor (2) gihimo gikan sa tumbaga ug oksiheno nga gisagol sa ubang mga elemento sama sa lanthanum, barium ug bismuth.

2. Ceramic plate nga naglupadlupad ibabaw sa gamhanang mga magnet

Gikan sa among panglantaw, ang "taas nga temperatura" nga superconductivity ubos pa kaayo. Alang sa normal nga pagpit-os, ang limitasyon mao ang -140 ° C, ug bisan ang ingon nga mga superconductor gitawag nga "taas nga temperatura". Ang superconductivity nga temperatura nga -70 ° C para sa hydrogen sulfide naabot sa hilabihan ka taas nga presyur. Bisan pa, ang mga superconductor nga adunay taas nga temperatura nanginahanglan medyo barato nga nitroheno nga likido alang sa pagpabugnaw, kaysa sa likido nga helium, nga hinungdanon.

Sa laing bahin, kini kasagaran brittle ceramic, dili kaayo praktikal nga gamiton sa mga electrical system.

Nagtuo gihapon ang mga siyentista nga adunay mas maayo nga kapilian nga naghulat nga madiskobrehan, usa ka talagsaon nga bag-ong materyal nga makatagbo sa mga pamatasan sama sa superconductivity sa temperatura sa lawakbarato ug praktikal nga gamiton. Ang pipila ka panukiduki nagpunting sa tumbaga, usa ka komplikadong kristal nga adunay mga lut-od sa tumbaga ug oksiheno nga mga atomo. Ang panukiduki nagpadayon sa pipila ka mga anomaloso apan wala mahibal-an sa siyensya nga mga taho nga ang graphite nga natumog sa tubig mahimong molihok ingon usa ka superconductor sa temperatura sa kwarto.

Ang bag-ohay nga mga tuig usa ka tinuod nga sapa sa "mga rebolusyon", "mga kauswagan" ug "bag-ong mga kapitulo" sa natad sa superconductivity sa mas taas nga temperatura. Kaniadtong Oktubre 2020, ang superconductivity sa temperatura sa kwarto (sa 15 °C) gitaho sa carbon disulfide hydride (3), bisan pa, sa taas kaayo nga presyur (267 GPa) nga gihimo sa berde nga laser. Ang Holy Grail, nga usa ka medyo barato nga materyal nga mahimong superconductive sa temperatura sa kwarto ug normal nga presyur, wala pa makit-an.

3. Carbon-based nga materyal nga superconductive sa 15°C.

Dawn of the Magnetic Age

Ang pag-ihap sa posible nga mga aplikasyon sa mga superconductor nga adunay taas nga temperatura mahimong magsugod sa mga elektroniko ug kompyuter, mga aparato sa lohika, mga elemento sa memorya, mga switch ug koneksyon, mga generator, mga amplifier, mga accelerator sa partikulo. Sunod sa lista: labi ka sensitibo nga mga aparato alang sa pagsukod sa mga magnetic field, boltahe o mga sulog, mga magnet alang sa MRI medikal nga mga himan, magnetic energy storage device, levitating bullet train, makina, generator, transformer ug linya sa kuryente. Ang nag-unang bentaha sa kini nga mga damgo nga superconducting nga mga aparato mao ang mubu nga pagkawala sa kuryente, taas nga tulin nga operasyon ug grabe nga pagkasensitibo.

alang sa mga superconductor. Adunay usa ka hinungdan ngano nga ang mga planta sa kuryente kanunay nga gitukod duol sa busy nga mga lungsod. Bisan 30 porsyento. gibuhat nila Elektrisidad nga enerhiya basin mawala ni sa transmission lines. Kasagaran kini nga problema sa mga gamit sa kuryente. Kadaghanan sa enerhiya moadto sa kainit. Busa, usa ka mahinungdanong bahin sa nawong sa kompyuter ang gigahin sa makapabugnaw nga mga bahin nga makatabang sa pagwagtang sa kainit nga namugna sa mga sirkito.

Gisulbad sa mga superconductor ang problema sa pagkawala sa enerhiya alang sa kainit. Isip bahin sa mga eksperimento, ang mga siyentista, pananglitan, nakahimo sa pagpangita og panginabuhi koryente nga sulog sa sulod sa superconducting ring kapin sa duha ka tuig. Ug kini walay dugang nga enerhiya.

Ang bugtong rason nga ang kasamtangan mihunong tungod kay walay access sa liquid helium, dili tungod kay ang kasamtangan dili makapadayon sa pag-agos. Ang among mga eksperimento nagdala kanamo sa pagtuo nga ang mga sulog sa superconducting nga mga materyales mahimong modagayday sulod sa gatusan ka libo ka tuig, kung dili pa. Ang kuryente sa mga superconductor mahimong modagayday hangtod sa hangtod, nga magbalhin sa enerhiya nga libre.

в walay resistensya ang usa ka dako nga sulog mahimong modagayday pinaagi sa superconducting wire, nga sa baylo nagpatunghag mga magnetic field nga dili katuohan nga gahum. Mahimo kining gamiton sa pagpalupad sa maglev nga mga tren (4), nga makaabot na sa gikusgon nga hangtod sa 600 km/h ug gibase sa superconducting magnet. O gamiton kini sa mga planta sa kuryente, nga gipulihan ang tradisyonal nga mga pamaagi diin ang mga turbine nagtuyok sa magnetic field aron makamugna og elektrisidad. Ang gamhanan nga superconducting magnets makatabang sa pagkontrolar sa fusion reaction. Ang usa ka superconducting wire mahimong molihok isip usa ka sulundon nga kahimanan sa pagtipig sa enerhiya, kaysa usa ka baterya, ug ang potensyal sa sistema mapreserbar sa usa ka libo ug usa ka milyon ka tuig.

Sa quantum nga mga kompyuter, mahimo kang modagayday sa clockwise o counterclockwise sa usa ka superconductor. Ang mga makina sa barko ug sakyanan mahimong napulo ka pilo nga mas gamay kay sa karon, ug ang mahal nga medikal nga diagnostic nga MRI nga mga makina mohaum sa imong palad. Gikolekta gikan sa mga umahan sa halapad nga mga desyerto sa tibuuk kalibutan, ang enerhiya sa solar mahimong tipigan ug mabalhin nga wala’y kapildihan.

4. Hapon nga maglev nga tren

Sumala sa physicist ug sikat nga popularizer sa siyensiya, KakuAng mga teknolohiya sama sa mga superconductor magpasugod sa usa ka bag-ong panahon. Kung nagpuyo pa kita sa panahon sa elektrisidad, ang mga superconductor sa temperatura sa kwarto magdala kanila sa panahon sa magnetism.