Supraconductivitate la temperatura camerei și mai sus. Confirmare experimentală. V.L. Derunov. Calea către supraconductibilitatea camerei Supraconductibilitatea camerei

MOSCOVA, 13 septembrie - RIA Novosti. Granulele individuale de grafit pot prezenta proprietăți supraconductoare la temperatura camerei după tratarea cu apă și coacerea în cuptor, ceea ce indică posibilitatea de a obține supraconductivitate în conditii normaleîn practică, spun fizicienii germani într-un articol publicat în jurnalul Advanced Materials.

„În general, datele experimentului nostru indică faptul că supraconductivitatea la temperatura camerei este fezabilă și că metodele folosite de noi pot deschide calea pentru o nouă generație de supraconductori, a căror apariție va aduce omenirii beneficii care sunt încă greu de estimat, „, a declarat liderul grupului de fizicieni Pablo Escuinazi (Pablo Esquinazi) de la Universitatea din Leipzig (Germania).

Escuinazi și colegii săi au studiat proprietăți fizice grafit și alte forme de carbon. În timpul unuia dintre experimente, oamenii de știință au turnat pulbere de grafit într-o eprubetă cu apă, au amestecat-o și au lăsat-o în pace timp de 24 de ore. După aceea, fizicienii au filtrat grafitul și l-au uscat într-un cuptor la o temperatură de 100 de grade.

Drept urmare, oamenii de știință au obținut un set de granule de grafit cu proprietăți fizice extrem de interesante. Astfel, suprafața acestor boabe are proprietăți supraconductoare care persistă chiar și la o temperatură de 300 de grade Kelvin, sau 26 de grade Celsius.

Acest lucru s-a manifestat prin apariția unor tranziții de fază ascuțite caracteristice în interiorul boabelor. moment magnetic, care există în supraconductorii clasici de temperatură înaltă. Fizicienii nu au putut verifica dacă grafitul are alte două caracteristici principale ale unor astfel de materiale: absența rezistenței și așa-numitul efect Meissner - deplasare completă camp magnetic din corpul dirijorului.

Cu toate acestea, descoperirea chiar și a unuia dintre efecte sugerează că supraconductorii de înaltă temperatură pot funcționa și la temperatura camerei.

Din păcate, boabele de grafit obținute de Escuinazi și colegii săi nu pot fi folosite ca „material de construcție” pentru supraconductori. În primul rând, doar 0,0001% din masa grafitului are proprietăți supraconductoare datorită faptului că acest efect se observă doar pe suprafața boabelor. În al doilea rând, această formă de grafit este extrem de fragilă, iar proprietățile fizice ale boabelor se pierd irevocabil chiar și cu cea mai mică deformare.

În lucrările lor viitoare, fizicienii plănuiesc să studieze suprafața boabelor și rolul atomilor de hidrogen care rămân pe suprafața lor după o „baie de apă” și uscarea ulterioară. În plus, Escuinazi și colegii săi vor testa dacă astfel de boabe au rezistență zero și dacă în ele apare efectul Meissner.

Fizicienii americani au descoperit comportamentul electronilor în așa-numita fază pseudogap a materiei, care precede starea de supraconductivitate.

Supraconductivitatea se numește dispariția completă a rezistenței electrice a unei substanțe la un curent electric continuu la o temperatură sub cea critică. Valoarea practică enormă a supraconductorilor constă în absența pierderilor de energie electrică în ei în timpul fluxului de curent. Dar o temperatură critică foarte scăzută împiedică utilizarea lor pe scară largă. Pentru majoritatea substanțelor, este aproape de zero absolut. Până în 1986, aliajul Nb 3 Ge a avut cea mai mare temperatură, pentru care supraconductibilitatea a avut loc la temperaturi sub 23 K (-250 ° ). Prin urmare, a apărut o problemă științifică importantă: găsirea unor substanțe care trec în starea supraconductoare la o temperatură mai mare, de preferință apropiată de temperatura camerei, ceea ce se numește supraconductivitate la temperatură înaltă.

În 1986, s-au descoperit supraconductori de temperatură înaltă (HTSC) pe bază de oxizi de cupru (cuprati), iar în câțiva ani temperatura critică a crescut la aproximativ 120 K. Cu toate acestea, aceste substanțe au un aspect foarte complex. structura electronica, ceea ce face extrem de dificilă înțelegerea modului în care se produce tranziția la starea supraconductoare în ele, fără de care este imposibil să se dezvolte supraconductori care funcționează la temperaturi mai ridicate. De atunci, timp de aproape 30 de ani, au fost efectuate experimente complexe pentru a studia această problemă.

În special, s-a constatat că starea de supraconductivitate în HTSC este precedată de o stare numită „faza pseudogap”. Acest termen este asociat cu o caracteristică a spectrului energetic al electronilor din materie (așa-numitul set discret de niveluri de energie permise ale electronilor într-un atom). Electronii cu valori energetice scăzute sunt localizați în banda de valență, electronii cu energie mai mare, capabili să se deplaseze prin substanță, sunt localizați în banda de conducție. În semiconductori și dielectrici, banda de valență și banda de conducere sunt separate printr-un interval de valori de energie interzise, ​​numit „decalaj”. Pentru a participa la crearea curentului, electronul trebuie să primească energie pentru a sări peste decalajul de la banda de valență la banda de conducție. Prin urmare, cu cât lățimea golului este mai mare, cu atât proprietățile de izolare ale materialului sunt mai puternice.

Un gol se formează și în supraconductori, dar are o natură diferită. Când apare supraconductibilitatea, electronii apropiați de nivelul Fermi formează așa-numitele perechi Cooper și se stabilesc la nivelul Fermi, iar acest nivel începe să separe decalajul de nivelurile electronilor unici. Nivelul Fermi este determinat de temperatura critică.

S-a dovedit că HTSC-urile la temperaturi peste cele critice au o stare cu mai putine purtători de sarcină în apropierea nivelului Fermi decât într-un conductor convențional. Acest fenomen se numește „pseudo-gap”. Această stare de natură de neînțeles a provocat multe întrebări în rândul fizicienilor. Deoarece starea de pseudogap precede și coexistă parțial cu (concurează cu) supraconductivitatea, oamenii de știință cred că studiul acestei stări va ajuta la dezlegarea misterelor HTSC. ÎN anul trecut multe lucrări sunt dedicate acestei probleme, dintre care una a fost publicată recent în jurnal "Ştiinţă" .

Fizicienii de la Laboratorul Național Brookhaven și de la Universitatea Cornell, folosind microscopul lor unic de scanare tunel de înaltă precizie, au reușit să urmărească detaliile tranziției cupratului de la un izolator la un supraconductor prin stadiul de pseudogap. Configurația lor experimentală a făcut posibilă determinarea aranjamentului spațial și a direcției de mișcare a electronilor din material, datorită cărora au fost descoperite două fenomene noi.

În starea inițială, cupratul studiat Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8+ δ este un izolator. Pentru a-l transforma într-un HTSC, i-au fost adăugați chimic atomi de oxigen ca sursă de purtători de sarcină (găuri). Acest proces se numește dopaj, atomi suplimentari sunt indicați în formulă ca „+ δ”. Fizicienii au scanat sistematic material la diferite niveluri de dopaj pentru a vedea cum se schimbă comportamentul și aranjamentul electronilor pe măsură ce materialul evoluează în starea supraconductoare.

Odată cu creșterea numărului de purtători de sarcină (nivel de dopaj), materialul a trecut din starea dielectrică în faza pseudogap. La o densitate scăzută a purtătorilor de sarcină, a fost observată o imagine destul de statică. Exista o aranjare statică periodică exotică a unor electroni, numită „unde de densitate” sau „dungi”. Aceste unde arată ca dungi de electroni „înghețați”. Undele de densitate, precum mișcarea electronilor, sunt limitate la anumite direcții. Odată cu creșteri suplimentare ale numărului de încărcări, oamenii de știință au descoperit că undele de densitate dispar, iar electronii din material dobândesc capacitatea de a se mișca liber în orice direcție. Mai mult, acest lucru are loc la același nivel de dopaj ca și apariția supraconductivității pure.

„Pentru prima dată, un experiment a legat direct dispariția undelor de densitate și defectele rețelei la scară nanometrică asociate acestora cu apariția electronilor care curg liber în toate direcțiile, necesari pentru o supraconductivitate nerestricționată”, a spus autorul principal Séamus Davis. „Aceste noi măsurători ne-au arătat în sfârșit de ce, în misterioasa stare de pseudo-decalaj a acestui material, electronii se mișcă mai puțin liber”.

Davis compară observările cu zborul deasupra unui râu înghețat, unde pot fi văzute fragmente statice, formată din gheațăși, în același timp, detectează fluxul de apă lichidă. Aceste zboruri se fac din nou și din nou în timpul primăverii, când calea navigabilă înghețată se topește treptat. În cuprat, în loc să ridice temperatura, oamenii de știință au crescut nivelul de dopaj pentru a „îneca” undele de densitate la un anumit punct critic.

Această descoperire confirmă ideea de lungă durată că undele de densitate limitează fluxul de electroni și afectează supraconductivitatea maximă în faza de pseudogap. „Dispunerea statică a electronilor și fluctuațiile asociate la scară nanometrică perturbă fluxul liber al electronilor – la fel ca gheața de pe un râu afectează fluxul de apă lichidă”, spune Davis.

Desigur, realizarea HTS nu este la fel de ușoară precum spargerea gheții, dar această descoperire oferă indicii. Prin prevenirea formării benzilor statice atunci când acestea apar, în cele din urmă pot fi obținute materiale care vor acționa ca supraconductor la o densitate mai mică de dopaj și la o temperatură mult mai ridicată, a spus Davies.

- o proprietate unica a unor materiale, care permite transmiterea energiei electrice fara rezistenta, si deci fara pierderi.

În ciuda faptului că acest efect a fost descoperit pentru prima dată la începutul secolului al XX-lea, de mult timp acesta. Cert este că primii supraconductori au lucrat la o temperatură apropiată de zero absolut, iar cercetătorii au folosit heliu lichid pentru a le răci.

Prima revoluție majoră în acest domeniu a avut loc în urmă cu aproximativ 25 de ani, odată cu descoperirea așa-numiților supraconductori de temperatură înaltă. În ciuda numelui, acestea trebuiau încă răcite la temperaturi foarte scăzute din punct de vedere uman. Dar inginerii, folosind azot lichid, au învățat să folosească supraconductibilitatea în unele dispozitive, cum ar fi imagistica prin rezonanță magnetică și acceleratoarele de particule.

O serie de lucrări începute în 2013 apropie omenirea de crearea de conductoare care demonstrează rezistență zero la temperatura camerei. Am scris deja că oamenii de știință de la Universitatea din Cambridge au descris pentru prima dată natura apariției. Acum, o echipă internațională de fizicieni de la Institutul Max Planck pentru Structura și Dinamica Materiei (Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie) a indus supraconductivitate într-un material ceramic la temperatura camerei folosind impulsuri laser infraroșu scurte.

Oamenii de știință au lucrat cu un supraconductor comun de înaltă temperatură, oxid de ytriu-bariu-cupru, cunoscut sub numele de YBCO. Prezintă efectul de rezistență zero la minus 180 de grade Celsius.

Cristalele sale au o structură complexă: straturi duble subțiri de oxid de cupru alternează cu straturi intermediare mai groase care conțin bariu, cupru și oxigen. Supraconductivitatea are loc între straturi subțiri unde electronii se combină în așa-numitele perechi Cooper. În această stare, vaporii trec prin straturile de material, ca niște fantome de desene animate prin pereți.

În urmă cu un an, o echipă condusă de Andrea Cavalleri a descoperit un efect neobișnuit atunci când YBCO a fost iradiat cu impulsuri laser. Oamenii de știință au emis ipoteza că exploziile scurte de lumină au schimbat legăturile dintre straturile duble de oxid de cupru pentru o perioadă scurtă de timp. Cu toate acestea, a fost posibil să se înțeleagă pe deplin cauzele apariției supraconductivității la temperatura camerei numai după conectarea „artileriei grele” - cel mai puternic laser cu raze X din lume (LCLS).

„Mai întâi, ca de obicei, am impactat cristalul cu un puls de lumină infraroșie, care a făcut ca atomii individuali să vibreze”, explică Roman Mankowsky, autorul principal al lucrării. „Apoi, a urmat un puls scurt de raze X, cu care am exact. a determinat structura cristalină a materialului excitat.”

S-a dovedit că un bliț în infraroșu nu numai că inițiază vibrațiile atomilor din material, dar îi determină și să își schimbe poziția în cristal. Ca urmare, straturile de dioxid de cupru au devenit mai groase cu două picometre, ceea ce corespunde doar la o sutime din diametrul atomilor lor constitutivi.

În același timp, distanța dintre două straturi adiacente a fost redusă cu aceeași distanță. Aceste schimbări pot părea nesemnificative, dar chiar și această ușoară convergență a fost suficientă pentru ca supraconductivitatea să se manifeste în condiții mai favorabile pentru oamenii de știință.

În ciuda faptului că efectul a durat doar câteva milionatimi de secundă, rezultatele lucrării, publicate în Nature, vor ajuta la căutarea de noi conducători și modalități de extindere a domeniului de aplicare.

Acum, nevoia de răcire la temperatură scăzută complică serios utilizarea pe scară largă a supraconductivității. În ziua în care aceste măsuri nu mai sunt necesare, ne așteaptă o adevărată revoluție tehnologică.

În natură, totul este aranjat mult mai simplu decât presupune o persoană în gândirea sa. De exemplu, toată lumea este chinuită de întrebarea - ce este supraconductivitate? De ce apare în conductoare Doar cand temperaturi scăzute ? Și a treia întrebare este dacă supraconductibilitatea camerei? Să ne gândim împreună la asta.

La fabricarea magneților moderni, un amestec de pulberi necesare este presat în forma dorită, apoi introdus în bobină, se dă curent și magnetul este gata. Întrebarea este de ce este stocată energia în corpul unui magnet permanent? Pentru a răspunde la această întrebare, să facem un al doilea experiment. Pe supraconductoare inel în criostat, înfășurăm firul și îl conectăm la un condensator încărcat. Când un curent este împins în el, supraconductoare curent și, ca într-un magnet, un câmp magnetic puternic este stocat și rămâne mulți ani. Răspunsul la ultima întrebare este extrem de simplu. ÎN magnet permanent când se injectează un curent, similar supraconductoare curenți, doar în volumele de atomi și domenii, pe care îi detectăm vizual cu ajutorul pulberii de fier pe polul unui magnet, și de remarcat că toate acestea sunt la temperatura camerei și mai sus, până la punctul Curie. Pentru magneți, această T curie este temperatura critică pentru pierderea magnetizării, care este similară cu cea pentru orice supraconductor T c - o temperatură clară de tranziție la un conductor convențional.

Dezvoltarea cunoștințelor științifice nu are un drum mare. Uneori, un cercetător care a descoperit o nouă direcție fundamentală în cunoaștere o interpretează în cea mai simplificată formă, datorită puținelor date experimentale acumulate până la acel moment. Mai mult, această formă, care nu este întotdeauna corectă, este preluată de alți oameni cu gânduri asemănătoare și dobândește în timp astfel de detalii și un aparat matematic puternic capabil să-și mascheze deficiențele încât dezvoltarea teoriei continuă automat. Așa s-a întâmplat cu conductivitatea electronică Drude, unde energia din conductor este transportată doar de electroni. A reveni într-o asemenea stare la pozițiile originale, mai corecte, devine deja destul de dificil; antrenamentul multigenerațional duce doar la o fundătură, așa cum sa întâmplat cu supraconductivitate.

Sunt de acord că electricitate- are loc un transfer de energie de-a lungul conductorului. Un electron nu poate fi un purtător de energie în conductori, deoarece are o sarcină constantă de 1.6.10 -19 Coulomb, care nu poate fi schimbată prin natură, care în general nu este potrivită pentru transferul de energie. Din anumite motive, nu deranjează pe nimeni faptul că un electron dintr-un conductor se mișcă în direcția opusă de la minus la plus, deși energia (stabilită prin practică) merge de la plus la minus (ca într-un atom, de la nucleu la electroni). Mai mult, s-a confirmat experimental că viteza unui electron chiar și într-un metal nu depășește 0,5 mm/s, iar energia din conductor este transferată cu viteza luminii. În acceleratoarele sincrotron, o undă electromagnetică de radiofrecvență trage asupra ei un fascicul de electroni pentru a-i accelera, și nu invers. Aici rolul locomotivei trenului este în val, electronii sunt vagoanele. În plus, electronii exteriori ai atomilor conductori sunt legați legături chimice, dar se știe că atunci când curentul admisibil se mișcă, proprietățile mecanice ale conductorului nu se modifică și cel mai mult de care sunt capabili electronii este să sară de la atom la atom. Un electron poate stoca energie doar în puterea (viteza) mișcării sale, iar la frânare, o aruncă sub forma unei mici undă electromagnetică haotică de lumină, pe care o vedem în exemplul spiralei unui bec. Același lucru se întâmplă în orice conductor, devine clar cu un scurtcircuit, atunci când conductorul arde cu o strălucire strălucitoare. Și ultimul. Chiar și Hertz, în zorii ingineriei electrice, a făcut un experiment în care într-o linie electrică, foarte clar, cu un simplu eclator, a arătat că energia este transferată nu numai prin fire, ci mai ales între fire, unde electronii sunt interziși. Aici funcționează o undă electromagnetică obișnuită. Nu este totul convingător? Numai că neînțelegerea unor fapte atât de simple a dus la o lipsă de conștientizare a fenomenului supraconductivitate. De unde vine unda electromagnetică pentru transferul de energie în fire și supraconductori conform Hertz?

În orice conductor, semiconductor, dielectric, există trei unde electromagnetice puternice pe electronii de valență externi. Pur și simplu nu există o altă astfel de putere pe electronii externi. Primul este electronic plasma, pe scurt - plasmaelectronic. Din punct de vedere fizic, este o „mulțime” electronică din cauza respingerii coulombiane a sarcinilor similare. În mărime, energia sa variază de la unu la câțiva electroni volți. Este determinată din experiență de pierderile de energie caracteristice. În practică, se disting oscilațiile plasma-electronice volumetrice și oscilațiile de suprafață, care sunt mai mici decât cele volumetrice cu aproximativ rădăcina a doi.

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

A doua undă electromagnetică de pe electronii exteriori este energia Fermi. Se presupune că nu este determinat experimental nicăieri, așa că invențiile despre el sunt prea diverse. De fapt, aceasta este energia de rotație a electronului exterior al oricărui atom în jurul nucleului și nimic mai mult, iar electronul primește energia Fermi de la nucleu, are și o frecvență strict definită (E f = hЧ ƒ, unde h este constanta lui Planck, ƒ este frecvența) și se află în apropierea energiei plasmoelectronice, deoarece electronii sunt aceiași - atomi externi. Poziția energetică a electronului de plasmă și a fermienergiei în orice substanță în spectroscopie optică este marginea absorbției principale (sau marginea absorbției fundamentale), unde se găsesc așa-numiții excitoni (explozie de energie cu dublu cocoaș în spectroscopie). Pentru aluminiu 1,55 eV, pentru cupru 2,2 eV, pentru ceramica cu ytriu 1,95 eV. Energiile sunt întotdeauna apropiate, dar niciodată combinate ca două circuite identice cuplate inductiv. Dacă circuitele sunt iradiate cu o frecvență, atunci frecvența unui circuit scade din cauza cuplării, iar frecvența celuilalt crește. Și iradierea electronilor externi este un lucru - din nucleu. Rețineți că, din anumite motive, fermienergia metalelor este puțin mai mică decât cea a electronilor plasmei, în timp ce fermienergia semiconductorilor și dielectricilor este mai mare decât cea a electronilor plasmatici. Acesta este singurul motiv pentru care metalele au o serie de frecvențe laterale suficient de puternice spre energie zero, ceea ce face ca metalele să fie bune conductoare. Iar pentru semiconductori și dielectrici, dimpotrivă, cei laterali de joasă frecvență cad la dimensiuni mici (frecvențe Stokes), iar cei de înaltă frecvență sunt amplificați (anti-Stokes), deci nu conduc bine electricitatea. Schimbarea în mărime a acestor două energii, care este produsă de o împingere, explică tranziția Dielectric - Metal.

A treia undă electromagnetică este ionul de plasmă (ion-plasma). Este un element generalizator al tuturor tipurilor de vibrații termice ale atomilor (fononi). În toate substanțele, este clar determinată de împrăștierea Raman a luminii. Să remarcăm că ionul de plasmă „conduce” întreaga echipă diverse vibrații termice ale rețelei atomilor din substanțe (fononi), orice modificare a acestei energii atrage după sine o modificare a valorilor acestora. În această secțiune, ar trebui să remarcăm în special dependența oscilațiilor acustice longitudinale (viteza obișnuită a sunetului într-un conductor) de plasma ionică. Energia undei ion-plasmă nu depășește, respectiv, 0,1 eV, iar frecvența acesteia este mică în comparație cu undele electronice.

Toate cele trei unde electromagnetice din conductori, semiconductori și dielectrici se adună în mod natural într-o singură undă. În materie liniștită, are forma unui val staționar. Acest val unic în linia electrică ne-a fost arătat de Hertz cu un simplu eclator, iar acum fiecare școlar din sala de clasă fizică și toți cei care doresc să intre sub o linie de înaltă tensiune, îl pot vedea cu un bec cu neon. În cazul oricărei încălcări a neutralității, chiar și din cauza unei deplasări accidentale a electronilor în conductor, o singură undă se grăbește să elimine încălcarea și, trăgând electronii la locurile lor, restabilește ordinea ca o gazdă într-un apartament. Această mișcare a electronilor atunci când pun lucrurile în ordine este rezistență, deoarece ei iau energie dintr-o singură undă pentru mișcare (ca într-un accelerator sincrotron) și, oprindu-se, aruncă excesul de energie sub formă de radiație haotică - căldură. Există o slăbire a energiei unei singure unde prin cantitatea de ejecție termică a electronilor. Când nu este nimic de luat, ea intră într-unul în picioare - gazda se odihnește. Separarea electronilor inerțiali are loc și în experimentul Tolman-Stuart, dar măsuram cu un galvanometru doar tensiunea unei singure unde, excitația acesteia. În semiconductori, noi, într-un mod pur experimental, am învățat puțin să controlăm o singură undă. Aplicând tensiune la capetele cristalului, schimbăm poziția plasmoelectronică și a fermienergiei în frecvență în direcția de aproximare, ceea ce face ca valoarea rezistenței să scadă. Prin răspândirea ambelor energii în frecvență (reducerea numărului de electroni datorită aplicării tensiunii plus), creștem rezistența tranzistorului. Semiconductorii au cele mai apropiate energii electronice din punct de vedere al valorii și, prin urmare, sunt mai ușor de reglat.

În natură, există o rezonanță a acestor trei unde electromagnetice, două electronice - plasmă-electronice și Fermi - cu a treia ion-plasmă. În fizică, acest fapt este cunoscut sub numele de rezonanță cu trei valuri. În acest caz, diferența de frecvență a energiilor electronice coincide cu frecvența ionilor-plasmei. Este cunoscut din teorie; în momentul rezonanței, energia totală a celor trei unde este pompată alternativ în Fermi, apoi în plasmă-electronic, apoi în undele ion-plasmă. Când energia totală intră în energia ion-plasmă, atunci întregul spectru de vibrații termice ale atomilor este excitat, ceea ce este observat experimental din creșterea capacității de căldură a conductorilor. În acest moment crește și viteza sunetului, ceea ce înseamnă că unda sonoră mișcă atomii mai dens și se întinde de-a lungul conductorului. Când atomii sunt comprimați între ei, electronii sunt și ei comprimați, așa că primesc energie suplimentară de la nuclee, în același timp atomii diverg, ei aruncă excesul de energie nu la întâmplare, ci sub formă de bucăți într-un singur undă electromagnetică, dar deja împreună, ghidată de frecvența sa, după principiul laserului. Această adăugare amplifică unda unică, care se găsește ca rezistență negativă în semiconductori.

Există un alt factor extraordinar extrem de important pentru supraconductivitate. Așa a aranjat natura că unda acustică de compresie și rarefiere a atomilor între ei este destul de slabă în sine, deoarece o parte din energie este cheltuită pentru formarea căldurii. Dar în un anumit moment poate fi amplificată de vibrațiile termice ale atomilor înșiși și chiar de mai multe ori. Această amplificare se numește vibrații balistice (fononi), care apar doar la temperaturi foarte scăzute. Amplificarea are loc numai în momentul transferului vibrațiilor termice din mișcarea haotică în anumite direcții în timpul răcirii, - de-a lungul axelor strict definite ale cristalului din cauza slăbirii altor direcții. Acest factor este principalul și determinant începutul oricărei tranziții supraconductoare. Fiecare supraconductor, datorită particularităților rețelei cristaline, are strict propriii fononi balistici. Acest lucru a fost găsit în ceramica la temperatură înaltă sub forma unei anizotropie ascuțită a conductivității curentului. Includerea în temperatură a acestor vibrații îmbunătățește unda acustică, stoarce electronii mai puternic în nucleele atomilor, motiv pentru care electronii stochează mai multă energie și în mod semnificativ. consolida o unitate o undă electromagnetică asemănătoare cu lumina dintr-un laser. Și din ea energia rezonantă ion-plasmă primește șocuri puternice și face ca unda acustică să funcționeze mai violent. Se formează un feedback pozitiv cu drepturi depline, care vă face să vă păstrați supraconductoare dispozitive de stocare de energie enormă incomparabilă cu orice baterie imaginabilă. Deci in supraconductori avem doi factori compatibili principali - apariția unei singure unde electromagnetice puternice pe electronii externi și, datorită apariției oscilațiilor balistice, crearea invers ranforsat legături de energie printr-o undă acustică. Electronii, care primesc energie suplimentară în acest proces, accelerează pe orbitele lor și, la fel ca doi conductori cu curenți crescuti de aceeași direcție, ei sunt atrași unul de celălalt împotriva respingerii coulombiane la „blocarea” de spin de către magneți. Forțele de spin sunt extrem de scurte, deci fixează împerecherea a doi electroni doar la distanțe de ordinul a 10 -12 m. Din împerechere se obține un dublu beneficiu; electronii perechi nu împiedică mișcarea unui singur val și nu preiau energie de la ea cu undele lor de Broglie. Și, în același timp, pompând constant până la nucleele atomilor, ei primesc energie în șocuri, apoi o pompează împreună într-un singur val pentru a o amplifica. O astfel de pereche de electroni, spre deosebire de o pereche de legături chimice, este aproape liberă în spațiu și, datorită polilor propriilor magneți de curent, se întoarce întotdeauna împotriva câmpului magnetic extern, iar prin rotația sa creează diamagnetismul substanței date (un contracurent). apare în ea). Lungimea coerenței găsită experimental în supraconductori, și este lungimea undei electromagnetice unice rezonante (plic de la adăugarea a trei unde electromagnetice).

Practic nu este dificil să verificăm aceste considerente. Nu puține substanțe sunt cunoscute cu puternice diamagnetism chiar si la temperatura camerei, ceea ce înseamnă că o singură undă, oarecum îmbunătățită de rezonanță, lucrează deja acolo și există perechi de electroni gata făcute (de exemplu, СuCl, SiC). Este necesar să se ia o astfel de substanță, să se determine frecvența acustică și, în loc de fononi balistici, să se alimenteze în ea vibratii ultrasonice putere suficientă (efectuați munca de energie ion-plasmă). Prin această acțiune, vom consolida munca de feedback și vom începe ciclul energetic, ca rezultat obținem supraconductor artificial la temperatura camerei. În același timp, trebuie amintit că, cu o putere ultrasonică insuficientă, se va modifica doar valoarea rezistenței probei. Este posibil ca unele cristale cu efect Gunn să funcționeze pe acest principiu, unde se creează vibrații electrice puternice. Aparent, acolo, din acțiunea unei tensiuni electrice aplicate de peste 3 kilovolți, apar aceleași oscilații balistice la temperatura camerei, dar din anumite motive pe termen scurt, doar pentru perioada de oscilație. Ultrasunetele pe cristale mici pot fi înlocuite cu impulsuri laser cu timpi de fermisecundă.

Conform raționamentului de mai sus, este posibil să se contureze modul de fabricație supraconductor de cameră. Este necesar să se ia un material cu legături chimice puternice pt munca de succes o undă sonoră, determină toate cele trei unde electromagnetice cu instrumente și, introducând atomi grei sau ușori în rețeaua cristalină, se realizează o rezonanță cu trei unde. Și apoi ajustați forța de feedback a undei sonore mai întâi cu ultrasunete (sau laser), apoi, prin experiment, dezvoltați o metodă de excitare a vibrațiilor balistice. Carbura de siliciu este potrivită pentru aceasta și, în viitor, cea mai bună supraconductoare materialul va fi carbon obișnuit, deoarece în scara sa cele mai puternice legături chimice din natură, respectiv, pentru apariția supraconductivitate este necesară o energie minimă a vibrațiilor balistice.

În concluzie, observăm că un supraconductor diferă de toate celelalte materiale printr-o undă electromagnetică internă, rezonantă, pe electronii externi și care funcționează în tandem cu vibrațiile balistice ale atomilor (fononi). Dovezi pentru aceasta se găsesc experimental în În ultima vreme vrac și suprafață supraconductivitate BB-link către publicare

Vă mulțumim foarte mult pentru contribuția dumneavoastră la dezvoltarea științei și tehnologiei interne!

luat de aici - http://zoom.cnews.ru/rnd/news/top/sverhprovodimost_pri_komnatnoj_temperature

Supraconductivitate la temperatura camereiFizicienii au reușit pentru prima dată să creeze supraconductivitate la temperatura camerei și să explice esența acestui fenomen. Supraconductivitatea a durat mai puțin de o secundă într-un conductor ceramic, dar această realizare este una uriașă în dezvoltarea științei și tehnologiei. Fizica Științe ale naturii

04.12.2014, joi, 20:51, ora Moscovei

O echipă internațională de fizicieni condusă de oameni de știință de la Institutul Max Planck din Hamburg a reușit să folosească impulsuri laser pentru a forța atomii individuali dintr-o rețea cristalină să se miște pentru o perioadă scurtă de timp și, astfel, să mențină supraconductibilitatea. Impulsurile laser infraroșu scurte au făcut posibilă pentru prima dată „declanșarea” supraconductivității într-un conductor ceramic la temperatura camerei.

Fenomenul din experiment durează doar câteva milionimi de microsecundă, dar înțelegerea principiului supraconductivității la temperatura camerei poate ajuta la crearea de noi tipuri de supraconductori care vor revoluționa tehnologia modernă.Astfel de supraconductori vor rezolva multe problemele contemporane: va face posibilă crearea de baterii super-puternice pentru alimentarea echipamentelor consumatoare de energie, cum ar fi lasere sau convertizoare de putere, motoare electrice și generatoare cu o eficiență aproape de 100%, dispozitive medicale noi, emițători mici, dar puternici de microunde etc.

Supraconductivitatea este deja folosită, de exemplu, în scanere RMN, acceleratoare de particule, relee de mare putere din centralele electrice. Cu toate acestea, supraconductorii moderni necesită răcire criogenică: metal până la -273 grade Celsius, iar mai modernă ceramică -200 grade Celsius. Este clar că acest lucru limitează foarte mult utilizarea pe scară largă a supraconductivității, mai ales în viața de zi cu zi.

Din păcate, nu a fost posibil să se creeze supraconductivitate la temperatura camerei timp de mulți ani din cauza condițiilor specifice în care se produce. Astfel, unul dintre cei mai promițători supraconductori ceramici YBCO (ytriu-bariu-oxid de cupru) are o structură specială: straturi duble subțiri de oxid de cupru alternează cu straturi intermediare mai groase care conțin bariu, cupru și oxigen. Supraconductivitatea în YBCO are loc la -180 de grade Celsius în straturi duble de oxid de cupru, unde electronii se pot uni și forma așa-numitele perechi Cooper. Aceste perechi sunt capabile să creeze un „tunel” între diferite straturi, adică să treacă prin straturi, ca niște fantome prin pereți. Acest efect cuantic se observă numai sub o anumită temperatură.

În 2013, o echipă internațională care lucrează la Institutul Max Planck a descoperit că impulsurile scurte ale unui laser IR pot induce supraconductivitate în YBCO la temperatura camerei pentru o perioadă foarte scurtă de timp. Nu a fost posibil să se înțeleagă natura acestui fenomen, doar cel mai puternic laser cu raze X din lume LCLS (SUA) a ajutat să „vadă” structura atomică a materialului și procesele ultrascurte. Cu ajutorul acestuia, oamenii de știință au efectuat o serie de experimente complexe și au publicat rezultatul descoperirii lor în publicația Nature.

După cum s-a dovedit, un impuls laser în infraroșu nu numai că face atomii să vibreze, dar își schimbă și poziția în cristal. Ca urmare, straturile duble de dioxid de cupru devin puțin mai groase - cu 2 picometri sau diametre de 0,01 atomi. Aceasta, la rândul său, mărește cuplarea cuantică dintre straturile duble într-o asemenea măsură încât cristalul devine supraconductor la temperatura camerei în câteva picosecunde.

Supraconductivitate la temperatura camerei: excitația rezonantă a atomilor de oxigen provoacă oscilații (contururi neclare) între straturi duble de oxid de cupru (strat - albastru, galben cupru, roșu oxigen). Pulsul laser dezechilibrează atomii pentru o perioadă scurtă de timp, distanța dintre straturi scade și apare supraconductibilitatea.

Astfel, oamenii de știință au descoperit cale potențială pentru a crea supraconductori care funcționează la temperatura camerei. Dacă teoria poate fi transformată într-o tehnologie comercială (iar în cazul supraconductorilor actuali de joasă temperatură, acest lucru a durat aproximativ 20 de ani), atunci progresul va face un salt uriaș. Motoarele de mașini pe benzină vor deveni un anacronism, timpul de funcționare continuă a smartphone-ului va fi calculat nu în ore, ci în luni, va veni perioada de glorie a aeronavelor electrice, levitând trenurile și autobuzele pe o pernă magnetică.

PS. Dacă acest lucru este adevărat și realizabil, așa cum lentilele ceramice sunt introduse chiar peste tot acum, atunci .. există o șansă .. oh, dacă acest lucru este adevărat ..