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

Aby se objev urychlil, vychází z mřížky vysoce dimenzionální infračervený mikroskop

Příklad vzoru dlaždice použitého ke skenování kulatého červa C. elegans. Non-grid pattern dává algoritmu vzorkování větší flexibilitu pro rychlé resetování oblastí zájmu. ...

Starověcí zirkonové říkají, že desková tektonika začala před 3,6 miliardami let – významná událost pro přivítání Země k životu

Zirkony studované výzkumným týmem byly vyfotografovány pomocí katholluminiscence, techniky, která umožňuje týmu vizualizovat vnitřek krystalů pomocí speciálního rastrovacího elektronového mikroskopu. Tmavé kruhy na...

Můžeme opioidy zvýšit návykovostí? [Video]

V roce 2017 byly miliony lidí po celém světě závislí na opioidech a 115 000 zemřelo na předávkování. Opioidy jsou nejsilnější léky proti bolesti, které...

V místě vazby protilátek ve variantách viru COVID-19 – hlavní důsledky pro budoucí vakcíny

Výzkumný tým Penn State zjistil, že N protein na SARS-CoV-2 je uložen ve všech pandemických koronavirech souvisejících se SARS (nahoře vlevo: SARS-CoV-2, civet, SARS-CoV,...

NASA investuje 105 milionů amerických dolarů do vývoje inovativních technologií pro malé podniky ve Spojených státech

NASA Má dlouhou historii podpory amerických podnikatelů při vývoji technologií od nápadu po obchodní připravenost. Agenturní program Small Business Innovation Research (SBIR) dále podporoval...

Newsletter

Subscribe to stay updated.