Wat wann ... mir héich-Temperatur superconductors kréien? Bindungen vun Hoffnung

Lossless Transmissioun Linnen, niddereg-Temperatur Elektrotechnik, Superelektromagnets, endlech sanft Millioune Grad vun Plasma an thermonuclear Reaktoren kompriméieren, eng roueg a séier Maglev Schinn. Mir hunn esou vill Hoffnungen op Superleiter ...

Superkonduktivitéit de Materialzoustand vun Null elektresch Resistenz gëtt genannt. Dëst gëtt a verschiddene Materialien bei ganz niddregen Temperaturen erreecht. Hien huet dëst Quantephenomen entdeckt Kamerling Onnes (1) am Quecksilber, am Joer 1911. Klassesch Physik beschreiwen et net. Nieft null Resistenz, aner wichteg Fonktioun vun superconductors ass dréckt d'Magnéitfeld aus sengem Volumede sougenannte Meissner-Effekt (bei de Superleiter vum Typ I) oder d'Fokussioun vum Magnéitfeld an "Wirbelen" (bei de Superleiter vum Typ II).

Déi meescht Superleiter funktionnéieren nëmme bei Temperaturen no bei der absoluter Null. Et gëtt gemellt op 0 Kelvin (-273,15 °C). D'Bewegung vun Atomer bei dëser Temperatur gëtt et bal net. Dëst ass de Schlëssel fir Superleitungen. Wéi gewéinlech Elektronen bewegt am Dirigent kollidéiert mat anere vibréierende Atomer, verursaacht Energieverloscht a Resistenz. Wéi och ëmmer, mir wëssen datt Superleitung bei méi héijen Temperaturen méiglech ass. Lues a lues entdecken mir Materialien, déi dësen Effekt bei engem nidderegen Minus Celsius weisen, a viru kuerzem souguer bei Plus. Allerdéngs ass dëst erëm normalerweis mat der Uwendung vun extrem héijen Drock verbonnen. De gréissten Dram ass dës Technologie bei Raumtemperatur ouni giganteschen Drock ze kreéieren.

Déi kierperlech Basis fir d'Erscheinung vum Staat vun der Superleitung ass Formatioun vun Puer cargo grabbers - de sougenannte Cooper. Esou Paire kënnen entstoen als Resultat vun der Unioun vun zwee Elektronen mat ähnlechen Energien. Fermi Energie, d.h. déi klengst Energie, duerch déi d'Energie vun engem fermionesche System eropgeet no der Zousatz vun engem méi Element, och wann d'Energie vun der Interaktioun tëscht hinnen ganz kleng ass. Dëst ännert d'elektresch Eegeschafte vum Material, well déi eenzel Träger Fermionen sinn an d'Paar Bosonen sinn.

Kooperéieren dofir ass et e System vun zwee Fermionen (zum Beispill Elektronen) déi matenee interagéieren duerch Schwéngungen vum Kristallgitter, Phononen genannt. De Phänomen ass beschriwwe ginn D'Leona kooperéiert an 1956 an ass Deel vun der BCS Theorie vun niddereg-Temperatur superconductivity. D'Fermionen, déi d'Cooper Pair ausmaachen, hunn hallef Spinn (déi an entgéintgesate Richtunge geriicht ginn), awer déi resultéierend Spin vum System ass voll, dat heescht, de Cooper Pair ass e Boson.

Superleiter bei bestëmmten Temperaturen sinn e puer Elementer, zum Beispill, Kadmium, Zinn, Aluminium, Iridium, Platin, anerer ginn nëmmen bei ganz héijen Drock an den Zoustand vun der Superleitung (zum Beispill Sauerstoff, Phosphor, Schwefel, Germanium, Lithium) oder am Form vun dënnen Schichten (Wolfram, Beryllium, Chrom), an e puer kënnen nach net superleitend sinn, wéi Sëlwer, Kupfer, Gold, Adelgasen, Waasserstoff, obwuel Gold, Sëlwer a Kupfer zu de beschten Dirigenten bei Raumtemperatur gehéieren.

"Héich Temperatur" erfuerdert nach ëmmer ganz niddreg Temperaturen

Am 1964 Joer William A. Little proposéiert d'Méiglechkeet vun der Existenz vun héich-Temperatur superconductivity an organesch Polymeren. Dës Propositioun baséiert op exciton-mediéierten Elektronepaarung am Géigesaz zu phonon-mediéierten Pairing an der BCS Theorie. De Begrëff "Héichtemperatursuperleiter" gouf benotzt fir eng nei Famill vu Perovskite Keramik ze beschreiwen, entdeckt vum Johannes G. Bednorz a C.A. Müller 1986, fir déi si den Nobelpräis kruten. Dës nei Keramik Superleiter (2) goufen aus Kupfer a Sauerstoff gemëscht mat aneren Elementer wéi Lantan, Barium a Bismut.

2. Keramikplack schwieft iwwer mächteg Magnete

Aus eiser Siicht war d'"Héichtemperatur" Superleitung nach ëmmer ganz niddereg. Fir normal Drock war d'Limite -140 ° C, a souguer sou Superleiter goufen "Héichtemperatur" genannt. D'Superleitungstemperatur vun -70°C fir Waasserstoffsulfid gouf bei extrem héijen Drock erreecht. Wéi och ëmmer, Héichtemperatur Superleiter erfuerderen relativ bëlleg flëssege Stickstoff anstatt flësseg Helium fir ze killen, wat essentiell ass.

Op der anerer Säit ass et meeschtens brécheg Keramik, net ganz praktesch fir an elektresche Systemer ze benotzen.

D'Wëssenschaftler gleewen nach ëmmer datt et eng besser Optioun gëtt fir entdeckt ze ginn, e wonnerschéint neit Material dat Critèren erfëllt wéi z.B. Superkonduktivitéit bei Raumtemperaturbezuelbar a praktesch ze benotzen. E puer Fuerschunge konzentréiert sech op Kupfer, e komplexe Kristall deen Schichten vu Kupfer a Sauerstoffatome enthält. D'Fuerschung geet weider op e puer anomaleschen awer wëssenschaftlech onerklärbare Berichter datt Waasser-gedrénkt Grafit als Superleiter bei Raumtemperatur handele kann.

Déi lescht Jore sinn e richtege Stroum vu "Revolutiounen", "Duerchbroch" an "nei Kapitelen" am Beräich vun der Superleitung bei méi héijen Temperaturen. Am Oktober 2020 gouf Superleitung bei Raumtemperatur (bei 15°C) gemellt Kuelestoffdisulfidhydrid (3), awer bei ganz héijen Drock (267 GPa) generéiert vum grénge Laser. Den Hellege Graal, deen e relativ bëllegt Material wier, dat bei Raumtemperatur an normalen Drock superleitend wier, ass nach net fonnt ginn.

3. Kuelestoffbaséiert Material dat superleitend bei 15 ° C ass.

Sonnenopgang vum Magnéitzäitalter

D'Opzielung vu méigleche Applikatiounen vun Héichtemperatur-Superleiter kann mat Elektronik a Computertechnologie, Logik-Apparater, Erënnerungselementer, Schalter a Verbindungen, Generatoren, Verstärker, Partikelbeschleuniger ufänken. Nächst op der Lëscht: héich sensibel Geräter fir Magnéitfelder, Spannungen oder Stroum ze moossen, Magnete fir MRI medizinesch Geräter, Magnéitesch Energiespeichergeräter, levitéierend Kugelzich, Motoren, Generatoren, Transformatoren a Stroumleitungen. D'Haaptvirdeeler vun dësen Dram superconducting Apparater wäert niddereg Muecht dissipation ginn, héich Vitesse Operatioun an extrem Sensibilitéit.

fir Superleiter. Et gëtt e Grond firwat Kraaftwierker dacks bei beschäftegte Stied gebaut ginn. Souguer 30 Prozent. vun hinnen geschaf Elektresch Energie et kann op Transmissioun Linnen verluer ginn. Dëst ass e gemeinsame Problem mat elektreschen Apparater. Déi meescht vun der Energie geet un d'Hëtzt. Dofir ass e wesentlechen Deel vun der Uewerfläch vum Computer reservéiert fir Deeler ze killen, déi hëllefen d'Hëtzt, déi vun de Circuiten generéiert gëtt, ze dissipéieren.

Superconductors léisen de Problem vun Energie Verloschter fir Hëtzt. Als Deel vun Experimenter, Wëssenschaftler, zum Beispill, verwalten engem Liewen ze verdéngen elektresche Stroum am Superleitungsring iwwer zwee Joer. An dat ass ouni zousätzlech Energie.

Deen eenzege Grond firwat de Stroum opgehalen ass, war well et keen Zougang zu flëssege Helium war, net well de Stroum net weider fléisse konnt. Eis Experimenter féieren eis ze gleewen datt Stréim an Superleitungsmaterialien fir Honnerte vun Dausende vu Joer fléien kënnen, wann net méi. Elektresch Stroum an Superleiter ka fir ëmmer fléissen, Energie gratis transferéieren.

в keng Resistenz e risege Stroum konnt duerch den Superleitend Drot fléien, deen am Tour Magnéitfelder vun onheemlecher Kraaft generéiert huet. Si kënne benotzt ginn fir Maglev Zich (4) ze levitéieren, déi scho Geschwindegkeete vu bis zu 600 km/h erreechen a baséieren op superleitend Magnete. Oder benotzt se a Kraaftwierker, ersetzt traditionell Methoden, an deenen d'Turbinen a magnetesche Felder spin fir Elektrizitéit ze generéieren. Mächteg superleitend Magnete kéinten hëllefen d'Fusiounsreaktioun ze kontrolléieren. En superleitend Drot kann als ideal Energiespeichergerät handelen, anstatt eng Batterie, an d'Potenzial am System gëtt fir dausend an eng Millioun Joer erhale bleiwen.

A Quantecomputer kënnt Dir an engem Superleiter mat der Auer oder géint d'Auer fléissen. Schëff- an Autosmotore wieren zéngmol méi kleng wéi haut, an deier medizinesch diagnostesch MRI-Maschinnen passen an der Handfläch. Gesammelt vu Bauerenhaff an de grousse Wüstwüste ronderëm d'Welt, kann d'Solarenergie gespäichert a transferéiert ginn ouni Verloscht.

4. Japanesch Maglev Zuch

Laut dem Physiker a berühmte Popularisateur vun der Wëssenschaft, KakuTechnologien wéi Superleitungen wäerten eng nei Ära aleeden. Wa mir nach an der Ära vum Elektrizitéit liewen, géifen d'Superleiter bei Raumtemperatur d'Ära vum Magnetismus mat sech bréngen.