Superlaidumas yra puiki fizikos dalis, kuri naudojama daugeliui mūsų gyvenimo veiksnių. Jei mokslininkams pavyktų atrasti kambario temperatūros ir slėgio superlaidininką, tai padarytų perversmą technologijoje. Deja, tai pasirodė labai sudėtinga užduotis ir gali būti, kad tai visai neįmanoma.
Kas yra superlaidumas?
Elektros laidininkas yra medžiaga, galinti praleisti elektrą. Kiekviena medžiaga turi savo elektrinę varžą, kuri yra jos pasipriešinimo elektros srovės srautui matas. Medžiaga su dideliu atsparumu yra prastas laidininkas ir atvirkščiai.
Superlaidumas yra fizinis reiškinys, kai medžiagos elektrinė varža yra nulinė. Šioje būsenoje yra daug įdomių ir naudingų efektų. Superlaidininkas, neturintis varžos, reiškia, kad per jį galima praleisti elektros srovę neprarandant energijos ar jos neįkaitus. Tai leidžia puikiai perduoti ir saugoti energiją.
Superlaidininkai taip pat gali sukurti išskirtinai galingus magnetus, to pavyzdžių galima rasti MRT aparatuose ir dalelių greitintuvuose. Eksperimentai parodė, kad šių magnetų elektros srovės gali išlikti metų metus be jokio išmatuojamo stiprumo sumažėjimo. Tyrimai rodo, kad srovė būtų stabili mažiausiai 100 000 metų, kai kuriais skaičiavimais prognozuojama, kad srovė gali išlikti ilgiau nei numatoma eksploatavimo trukmė visata.
Padėję virš magneto, superlaidininkai sudaro vienodą magnetinį lauką, kuris atstumia magnetą. Tai leidžia superlaidininkams puikiai levituoti virš arba po magnetu arba net palei magnetų takelį.
Superlaidumo reikalavimai
Medžiaga pradeda superlaidi tik žemiau tam tikros temperatūros, kai jos elektrinė varža staiga nukrenta iki nulio. Deja, visi žinomi superlaidininkai superlaidžiais tampa tik esant itin žemai temperatūrai. „Aukštos temperatūros“ superlaidininkas apibrėžiamas kaip medžiaga, kuri elgiasi kaip superlaidininkas aukštesnėje nei skysto azoto temperatūra (73K arba -200°C). Tiksli temperatūra, kuriai esant medžiagos elektrinė varža nukrenta iki nulio, vadinama „kritine temperatūra“.
Patarimas: ypač šalti fizikos elementai paprastai matuojami kelvinais (K). Vienas Kelvinas atitinka vieną Celsijaus laipsnį, tačiau Kelvino skalė prasideda nuo absoliutaus nulio arba -273,15 °C.
Aukščiausios temperatūros superlaidininkas, atrastas 2020 m., yra Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127 kurios kritinė temperatūra yra 138K arba -135°C esant vienai atmosferos slėgiui.
Temperatūra nėra vienintelis svarbus superlaidumo veiksnys, slėgis taip pat vaidina svarbų vaidmenį daugelyje superlaidininkų. Vandenilio sulfidas (H2S) kritinė temperatūra yra tik 203 K (-70 °C), o lantano dekahidridas (LAH)10) kritinė temperatūra yra 250 K (-23 °C). Deja, šios medžiagos turi būti neįtikėtinai aukšto slėgio, kad taptų superlaidžios, o H2S reikia 986 923 atmosferų slėgio ir LaH10 reikia 1 677 770 atmosferų.
Patarimas: slėgis šioje skalėje paprastai matuojamas GPa arba Giga paskaliais, o skaičiai yra atitinkamai 100 GPa ir 170 GPa. Kad ši vertė būtų suprantamesnė, ji buvo paversta atmosfera. Viena slėgio atmosfera yra vidutinis oro slėgis jūros lygyje Žemėje. Palyginimui, slėgis giliausiame Žemės vandenynų taške, Challenger Deep Marianos tranšėjoje, yra 1071 atmosfera 10 994 metrų žemiau jūros lygio.
Galimas kambario temperatūros superlaidininkų panaudojimas ateityje
Terminas „kambario temperatūros superlaidininkas“ vartojamas kalbant apie galimas būsimas medžiagas, kurios turi superlaidumą aukštesnėje nei 273 K arba 0 °C temperatūroje. Kad šios medžiagos taptų ypač naudingos realiame pasaulyje, jos taip pat turi būti superlaidžios esant vienai atmosferos slėgiui arba šalia jos.
Kambario temperatūros superlaidininkas padėtų sumažinti pasaulio energetines problemas, beveik pašalindamas elektros energijos praradimą tolimojo perdavimo elektros linijomis metu. Jie taip pat leistų greičiau kompiuterius ir atminties saugojimo įrenginius bei jautresnius mokslinius jutiklius. Būtų daug pigiau eksploatuoti itin stiprius magnetus, naudojamus tokiuose įrenginiuose kaip dalelių greitintuvai, MRT aparatai, prototipas. branduolių sintezės reaktoriai ir maglevo traukiniai, nes magnetams nereikės skysto azoto, kad būtų pakankamai atvėsintas superlaidininkas. dirbti.