Snadná věda: co je supravodivost?

Podle

Kostka z magnetického materiálu se vznáší nad supravodičem. Pole magnetu indukuje proudy v supravodiči, které vytvářejí stejné a opačné pole a přesně vyvažují gravitační sílu na krychli. Fotografický kredit: s laskavým svolením národní laboratoře Oak Ridge

Pro většinu lidí, kteří jsou považováni za „normální“ teploty, mají všechny materiály určitý elektrický odpor. To znamená, že vydrží tok elektřiny, stejně jako úzká trubka vydrží tok vody. Kvůli odporu se část energie ztrácí, když se elektrony pohybují elektronikou v našich zařízeních, jako jsou počítače nebo mobilní telefony. U většiny materiálů je tento odpor zachován, i když je materiál ochlazen na velmi nízké teploty. Výjimkou jsou supravodivé materiály. Supravodivost je vlastnost určitých materiálů vést stejnosměrný proud (DC) bez ztráty energie při chlazení pod kritickou teplotu (označovanou jako T)C). Tyto materiály také emitují magnetické pole, když přejdou do supravodivého stavu.

Supravodivost je jedním z nejvíce fascinujících kvantových jevů v přírodě. Byl objeven před více než 100 lety ve rtuti, která se ochladila na teplotu kapalného hélia (asi -452 ° F, jen o několik stupňů výše) Absolutní nula). Vědci byli schopni vysvětlit, co se děje v supravodivosti již brzy, ale proč a jak supravodivost byla záhadou téměř 50 let.

V roce 1957 vysvětlili tři fyzici z University of Illinois kvantovou mechaniku k vysvětlení mikroskopického mechanismu supravodivosti. Navrhli radikálně novou teorii toho, jak se záporně nabité elektrony, které se obvykle navzájem odpuzují, formují do párů pod T.C. Tyto spárované elektrony jsou drženy pohromadě vibracemi na atomové úrovni známými jako fonony a páry se společně mohou pohybovat materiálem bez odporu. Tito vědci obdrželi za svůj objev Nobelovu cenu za fyziku z roku 1972.

Po objevu supravodivosti ve rtuti byl tento jev pozorován také u jiných materiálů při velmi nízkých teplotách. Mezi materiály patřilo několik kovů a jeden slitina vyrobené z niobu a titanu, které lze snadno zpracovat na drát. Dráty vytvořily novou výzvu pro výzkum supravodičů. Nedostatek elektrického odporu v supravodivých vodičích znamená, že mohou podporovat velmi vysoké elektrické proudy, ale nad „kritickým proudem“ se elektronové páry rozpadnou a supravodivost je zničena. Technologicky řečeno, dráty otevřely zcela nové využití supravodičů, včetně navinutých cívek k vytvoření silných magnetů. V 70. letech 20. století vědci použili supravodivé magnety k vytvoření vysokých magnetických polí potřebných k vývoji skenerů pro zobrazování magnetickou rezonancí (MRI). V poslední době vědci představili supravodivé magnety pro vedení elektronových paprsků v synchrotronech a urychlovačích ve vědeckých zařízeních.

V roce 1986 vědci objevili novou třídu materiálů na bázi oxidu mědi, která vykazovala supravodivost, ale při mnohem vyšších teplotách než kovy a slitiny kovů na počátku století. Tyto materiály jsou známé jako vysokoteplotní supravodiče. I když je stále nutné je ochladit, jsou supravodivé při mnohem teplejších teplotách – některé z nich při teplotách nad kapalným dusíkem (-321 ° F). Tento objev slíbil revoluční nové technologie. Bylo také navrženo, že vědci mohou být schopni najít materiály, které supravodivé při pokojové teplotě nebo v její blízkosti.

Od té doby bylo objeveno mnoho nových vysokoteplotních supravodivých materiálů pomocí poučených odhadů kombinovaných s metodou pokusů a omylů, včetně třídy materiálů na bázi železa. Ukázalo se však také, že mikroskopická teorie popisující supravodivost v kovech a kovových slitinách pro většinu těchto nových materiálů neplatí. Tajemství supravodivosti proto znovu vyzývá vědeckou komunitu. Nedávno experimenty na materiálech na bázi vodíku za extrémně vysokého tlaku potvrdily teoretickou předpověď supravodivosti při teplotách blízkých teplotě místnosti.

Fakta o supravodivosti

  • Supravodivost objevil v roce 1911 Heike Kamerlingh-Onnes. Za tento objev, zkapalnění hélia a další úspěchy, získal v roce 1913 Nobelovu cenu za fyziku.
  • Za výzkum supravodivosti bylo uděleno pět Nobelových cen za fyziku (1913, 1972, 1973, 1987 a 2003).
  • Asi polovina prvků v periodické tabulce je supravodivá při nízkých teplotách, ale v supravodivých aplikacích se často používají snadno použitelné nebo levnější slitiny. Například MRI přístroje používají slitinu vyrobenou z niobu a titanu.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Byl objeven a pojmenován fascinující příběh asteroidu Trojan Jupiter (cíl mise Lucy NASA)

Ilustrace sedmi cílů mise Lucy: binární asteroid Patroclus / Menoetius, Eurybates, Orus, Leucus, Polymele a hlavní asteroid Donald Johnson.Poděkování: Laboratoř koncepčního obrazu NASA Goddard...

Kvantové bloky pro výrobu exotických elektronově magnetických vlastností

Přechodné kovy vázané v grafenové formě elektronového paprsku slibují kvantové stavební bloky. Půjčka Ondrej Dyke, Andrew Lupin և Jacob Jacob Svet /...

Globální oteplování ohrožuje potravinové řetězce – „dopad může být vážný“

Studie zkoumala plankton ve sladkovodních bazénech vystavených sedmiletému experimentálnímu oteplování. Zápočet: Exeter University Rostoucí teploty mohou podle nové studie snížit účinnost potravinových řetězců a...

Pocit sounáležitosti klíč ke zlepšení

Studenti mají ve třídě větší motivaci, když mají pocit, že patří do jejich školy. Rodiče se mohou bát, že pokud jejich student nebude motivován k...

Proč jsou metody distribuce vakcín COVID-19 krátké + 3 způsoby, jak je vylepšit

Objevilo se několik návrhů, jak distribuovat COVID-19 vakcíny, ale nezajistí spravedlivé rozdělení vakcíny. Tým, který zahrnuje Nicole Hassoun, profesorku na Binghamton University, navrhuje...

Newsletter

Subscribe to stay updated.