Определение, типы и использование сверхпроводников

Сверхпроводник – это элемент или металлический сплав, который при охлаждении ниже определенной пороговой температуры резко теряет все электрическое сопротивление. В принципе, сверхпроводники могут пропускать электрический ток без потерь энергии (хотя на практике идеальный сверхпроводник очень сложно создать). Этот тип тока называется сверхтоком.

Пороговая температура, ниже которой материал переходит в состояние сверхпроводника, обозначается как T c , что означает критическую температуру. Не все материалы превращаются в сверхпроводники, и каждый из материалов имеет собственное значение Tc .

Типы сверхпроводников

  • Сверхпроводники I типа действуют как проводники при комнатной температуре, но при охлаждении ниже T c , движение молекул внутри материала уменьшается настолько, что ток может двигаться беспрепятственно.
  • Сверхпроводники типа 2 не особенно подходят с хорошими проводниками при комнатной температуре переход в состояние сверхпроводника более постепенный, чем у сверхпроводников 1-го типа. Механизм и физическая основа этого изменения состояния в настоящее время полностью не изучены. Сверхпроводники 2-го типа обычно представляют собой металлические соединения и сплавы.

Открытие сверхпроводника

Впервые сверхпроводимость была обнаружена в 1911 г., когда ртуть была охлаждена до примерно 4 градусов Кельвина голландским физиком Хайке Камерлинг-Оннесом, что принесло ему Нобелевскую премию 1913 г. по физике. С тех пор эта область значительно расширилась, и были обнаружены многие другие формы сверхпроводников, в том числе сверхпроводники типа 2 в 1930-х годах.

Основная теория сверхпроводимость, теория БКШ, принесла ученым – Джону Бардину, Леону Куперу и Джону Шрифферу Нобелевскую премию по физике 1972 года. Часть Нобелевской премии по физике 1973 года досталась Брайану Джозефсону, также за работу со сверхпроводимостью.

В январе 1986 года Карл Мюллер и Йоханнес Беднорц сделали открытие это произвело революцию в представлении ученых о сверхпроводниках. До этого момента считалось, что сверхпроводимость проявляется только при охлаждении почти до абсолютного нуля, но, используя оксид бария, лантана и меди, они обнаружили, что она становится сверхпроводником примерно при 40 градусах Кельвина. Это положило начало гонке за открытием материалов, которые функционировали как сверхпроводники при гораздо более высоких температурах.

За прошедшие десятилетия самые высокие температуры, которые были достигнуты, составляли около 133 градусов. Кельвина (хотя вы можете получить до 164 градусов Кельвина, если приложите высокое давление). В августе 2015 года в статье, опубликованной в журнале Nature, сообщалось об открытии сверхпроводимости при температуре 203 градусов Кельвина под высоким давлением..

Применение сверхпроводников

Сверхпроводники используются во множестве приложений, но в первую очередь в структуре Большого адронного коллайдера. . Туннели, в которых проходят пучки заряженных частиц, окружены трубками, содержащими мощные сверхпроводники. Сверхпроводящие токи, протекающие через сверхпроводники, создают сильное магнитное поле за счет электромагнитной индукции, которое можно использовать для ускорения и направления команды по желанию.

Вдобавок сверхпроводники проявляют эффект Мейснера, при котором они нейтрализуют весь магнитный поток внутри материала, становясь совершенно диамагнитными (обнаружено в 1933 году). В этом случае силовые линии магнитного поля фактически проходят вокруг охлаждаемого сверхпроводника. Именно это свойство сверхпроводников часто используется в экспериментах по магнитной левитации, например, квантовая фиксация, наблюдаемая при квантовой левитации. Другими словами, если ховерборды в стиле Назад в будущее когда-нибудь станут реальностью. В менее обыденном применении сверхпроводники играют роль в современных достижениях в поездах на магнитной подушке, которые предоставляют мощные возможности для высокоскоростного общественного транспорта, основанного на электричестве (которое может вырабатываться с использованием возобновляемых источников энергии) в отличие от невозобновляемых источников тока. варианты, такие как самолеты, автомобили и поезда, работающие на угле.

Под редакцией Энн Мари Хелменстайн, доктор философии

Оцените статью
recture.ru
Добавить комментарий