Наконец-то понята сверхпроводимость при комнатной температуре

В течение 40 лет семейство кристаллов озадачивало физиков своей способностью "сверхпроводить" - проводить электрический ток без сопротивления - при гораздо более высоких температурах, чем другие материалы. Недавно исследователи разработали новые методы микроскопии, чтобы разгадать тайну этих сверхпроводников. Их открытие может проложить путь к созданию материалов с комнатной температурой и произвести революцию в электроснабжении.

Сверхпроводимость - это удивительное состояние материи в квантовой физике. Ток течет через сверхпроводник без рассеяния, и сопротивление полностью исчезает. Отсутствие диссипации означает отсутствие потерь энергии, и "сверхток", однажды установленный в замкнутом контуре сверхпроводника, может длиться неограниченно долго. При очень низких температурах электроны внутри них объединяются в пары - пары Купера.

Следует помнить, что пара электронов обычно отталкивается друг от друга, поскольку они имеют одинаковые отрицательные заряды. В сверхпроводнике взаимодействие между электронами может стать притягательным, согласно другому квантово-механическому правилу. Понимание того, почему электроны решают объединяться в пары в одних материалах и не объединяться в других, является большой проблемой для создания новых сверхпроводящих материалов при комнатной температуре.

Хотя сверхпроводники на основе оксида меди были открыты в 1986 году - как отмечает профессор Амалия Колдеа, возглавляющая группу "Квантовая материя в высоких магнитных полях" в Оксфорде, — только сейчас некоторые из этих купратов достигли своего производственного потенциала для использования в мощных магнитах. Они состоят из листов меди и кислорода, зажатых между слоями других элементов. Она добавляет: "Сверхпроводимость при комнатной температуре - это Святой Грааль, который, будучи реализован в больших масштабах, будет иметь огромное количество практических применений".

Недавно международная группа исследователей под руководством Сеамуса Дэвиса, профессора квантовой физики Университетского колледжа Корка и Оксфордского университета, объявила о результатах, раскрывающих атомный механизм, лежащий в основе высокотемпературных сверхпроводников. Результаты исследования опубликованы в журнале PNAS.

Комнатная температура - ключ к широкому распространению

Как упоминалось ранее, сверхпроводники - это материалы, которые могут проводить электричество с нулевым сопротивлением, так что электрический ток может сохраняться неограниченно долго, не рассеиваясь. Они уже используются в различных приложениях, включая МРТ-сканеры, но требуют чрезвычайно низких температур.

Однако некоторые сверхпроводники могут работать при более высоких температурах, например, оксиды меди (купраты). Для их изучения исследовательская группа сначала создала особый купрат под названием висмут-стронций-кальций-оксид меди (BSCCO), в котором слои атомов меди и кислорода сжаты в волнистый узор, изменяя расстояния между атомами.

На втором этапе они разработали два новых метода микроскопии. Первый измеряет разницу в энергии между орбиталями атомов меди и кислорода в зависимости от их расположения.

Следует отметить, что в отличие от планет, вращающихся вокруг Солнца, электроны не могут находиться на произвольном расстоянии от ядра; они могут существовать только в определенных местах, называемых разрешенными орбиталями. Таким образом, в квантовой механике атомная орбиталь - это математическая функция, которая описывает волнообразное поведение электрона или пары электронов вокруг ядра атома, давая вероятность его присутствия в определенном месте.

Измерение разницы между этими орбиталями следует из теории, связанной со сверхпроводниками, а квантовое явление называется суперобменом. Это сила, возникающая в результате способности электронов перескакивать между атомными орбиталями в более низкое энергетическое состояние. Одни направлены вниз, другие - вверх, оставаясь при этом вокруг ядра.

Таким образом, сверхобмен устанавливает регулярное расположение электронов в определенных материалах, побуждая их находиться на определенном расстоянии друг от друга, но не слишком далеко друг от друга. Именно это эффективное притяжение может образовывать сильные куперовские пары.

Второй метод измеряет величину волновой функции электронной пары (сила сверхпроводимости) каждого атома кислорода и каждого атома меди. В заявлении профессора Дэвиса говорится: "Визуализируя силу сверхпроводимости как функцию разницы в орбитальных энергиях, мы впервые смогли точно измерить взаимосвязь, необходимую для подтверждения или опровержения одной из ведущих теорий высокотемпературной атомной сверхпроводимости".

Как и предсказывала теория, результаты показали количественную обратную зависимость между разницей в энергии переноса заряда между соседними атомами кислорода и меди и силой сверхпроводимости. Чем легче электронам переходить из одного места в другое между атомами меди и кислорода в данном купрате, тем выше его критическая температура и тем сильнее его сверхпроводимость.

По словам исследовательской группы под руководством Шейна О'Махони из Университетского колледжа Корка, это открытие может стать историческим шагом на пути к созданию сверхпроводников комнатной температуры.

Действительно, они могут иметь далеко идущие применения, например, в поездах Маглев (или магнитная левитация). В них используется метод движения, основанный на магнитах, а не на колесах, осях и подшипниках. В частности, транспортное средство левитирует на небольшом расстоянии от направляющей с помощью магнитов для создания подъемной силы и тяги, поскольку, как и обычные магниты, сверхпроводящие магниты отталкиваются друг от друга, когда соответствующие полюса обращены друг к другу.

Это открытие может быть использовано для реакторов ядерного синтеза, квантовых компьютеров и ускорителей частиц высокой энергии, а также для сверхэффективной передачи и хранения энергии.

Авторы объясняют, что в сверхпроводящих материалах электрическое сопротивление сведено к минимуму, поскольку электроны, проводящие ток, связаны в стабильные пары Купера. В низкотемпературных сверхпроводниках куперовские пары удерживаются вместе тепловыми колебаниями, но при более высоких температурах они становятся слишком нестабильными.

Эти новые результаты показывают, что в высокотемпературных сверхпроводниках куперовские пары вместо этого удерживаются вместе магнитными взаимодействиями, а электронные пары связываются посредством квантовой связи через промежуточный атом кислорода.

Профессор Дэвис заключает: "Эта проблема была одной из святых граалей исследований в области физики на протяжении почти 40 лет. Многие считают, что дешевые и легкодоступные сверхпроводники комнатной температуры станут такой же революцией для человеческой цивилизации, как и появление электричества".
Источник

почему нагатив у народа?
развивают технологии - молодцы )
если это не фейк

ant76 писал(а):

почему нагатив у народа?
развивают технологии - молодцы )
если это не фейк

Это не у всего народа, а только у особо одаренных, которые хотят все и сразу.

ded_23 писал(а):

ant76 писал(а):

почему нагатив у народа?
развивают технологии - молодцы )
если это не фейк

Это не у всего народа, а только у особо одаренных, которые хотят все и сразу.

я за жизнь слышал сотни раз о прорывных технологиях. из них в жизнь не претворилась НИ ОДНА. Ни супер-аккумуляторов (литиевые - разработка из 90х), ни авто на воде вместо бензина, ни беспроводной передачи энергии на большие расстояния, ни, ни, ни ... и так далее. Все что мы сейчас имеем - усовершенствованные технологии 50-60х годов (первый мобильник в 50х изобрели). Да, компьютеры за 70 лет стали в разы меньше, но принцип такой же и остался, из 50х годов. Бытовая техника стала дешевле и одноразовей - но это все та же техника, что и в 60-70х годах. Настоящих прорывов как не было, так и нет.
Есть мнение, что прорывные технологии спецом не выпускают в свет, чтобы не менять статус-кво. Либо их просто нет, а это означает тупик в науке. Спроси физиков-теоретиков - ничего нового в физике уже 100 лет не открывают. И это факт.

danrecords писал(а):

Да... Это здорово! Передавать энергию без потерь... Мечта Николы Тесла видно скоро сбудется

Тесла мечтал передавать энергию без проводов...

naletov09 писал(а):

danrecords писал(а):

Да... Это здорово! Передавать энергию без потерь... Мечта Николы Тесла видно скоро сбудется

Тесла мечтал передавать энергию без проводов...

Как ты это себе представляешь? Вся земная поверхность, пронизанная невидимыми энергетическими лучами? Каковы их свойства и воздействие, на животный и растительный мир? Тесла может и велик, но и фантазёр был ещё тот

Михаил писал(а):

проложить путь к созданию материалов с комнатной температурой

Ой, а у меня такие материалы уже в комнате есть. :шок:

Статью довольно тяжело воспринимать, создается стойкое впечатление, что это гуглтранслейт, машинный перевод с английского.

Я это уже 152 года слышу....

Сколько же тут нытья то собралось. Сами сидят на торренте да ещё и на других обижаются, неудачники.

[quote="urruss";p="11793871"]

ded_23 писал(а):

я за жизнь слышал сотни раз о прорывных технологиях. из них в жизнь не претворилась НИ ОДНА. Ни супер-аккумуляторов (литиевые - разработка из 90х), ни авто на воде вместо бензина, ни беспроводной передачи энергии на большие расстояния, ни, ни, ни ... и так далее. Все что мы сейчас имеем - усовершенствованные технологии 50-60х годов (первый мобильник в 50х изобрели). Да, компьютеры за 70 лет стали в разы меньше, но принцип такой же и остался, из 50х годов. Бытовая техника стала дешевле и одноразовей - но это все та же техника, что и в 60-70х годах. Настоящих прорывов как не было, так и нет.
Есть мнение, что прорывные технологии спецом не выпускают в свет, чтобы не менять статус-кво. Либо их просто нет, а это означает тупик в науке. Спроси физиков-теоретиков - ничего нового в физике уже 100 лет не открывают. И это факт.

У тебя дома до сих пор ламповый телек стоит с лупой перед ним? За 70 лет компьютеры стали меньше :лол:

раз так в миллион, интернет видимо был на каждом шагу, но только чуть медленнее по-твоему :смех:

Ты себе как вообще представляешь развитие науки? Пришёл на работу, сел за стол, - "Так, чтобы сегодня изобрести? Давай квантовый компьютер забабахаю до вечера" :смех:

Конечно мы сегодня продолжаем наследие и 60ых и 70тых и даже сотых до нашей эры, потому что это накопление и развитие всех известных принципов и знаний.

как бы новости.