Superlaidininkų apibrėžimas, tipai ir naudojimas
Didžiojo hadronų greitintuvo (LHC) tunelio modelis matomas CERN (Europos branduolinių tyrimų organizacijos) lankytojų centre. Johannes Simon / Getty Images
Superlaidininkas yra elementas arba metalo lydinys, kurį atvėsus žemiau tam tikros slenkstinės temperatūros medžiaga smarkiai praranda visą elektrinę varžą. Iš esmės superlaidininkai gali leisti elektros srovė tekėti neprarandant energijos (nors praktiškai idealų superlaidininką sukurti labai sunku). Tokio tipo srovė vadinama supersrove.
Slenkstinė temperatūra, žemiau kurios medžiaga pereina į superlaidinę būseną, žymima kaip Tc , kuris reiškia kritinę temperatūrą. Ne visos medžiagos virsta superlaidininkais, o kiekviena iš jų turi savo vertę Tc .
Superlaidininkų tipai
- I tipo superlaidininkai veikia kaip laidininkai kambario temperatūroje, bet atvėsus žemiau Tc , molekulinis judėjimas medžiagoje sumažėja pakankamai, kad srovės srautas galėtų judėti netrukdomas.
- 2 tipo superlaidininkai nėra ypač geri laidininkai kambario temperatūroje, perėjimas į superlaidininką yra laipsniškesnis nei 1 tipo superlaidininkai. Šio būsenos pasikeitimo mechanizmas ir fizinis pagrindas šiuo metu nėra visiškai suprantami. 2 tipo superlaidininkai paprastai yra metalų junginiai ir lydiniai.
Superlaidininko atradimas
Superlaidumas pirmą kartą buvo atrastas 1911 m., kai olandų fizikas Heike Kamerlinghas Onnesas gyvsidabrį atšaldė iki maždaug 4 Kelvino laipsnių, o tai jam pelnė 1913 m. Nobelio fizikos premiją. Per daugelį metų ši sritis labai išsiplėtė ir buvo atrasta daug kitų superlaidininkų formų, įskaitant 2 tipo superlaidininkus praėjusio amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje.
Pagrindinė superlaidumo teorija, BCS teorija, pelnė mokslininkams Johną Bardeeną, Leoną Cooperį ir Johną Schriefferį 1972 m. Nobelio fizikos premiją. Dalis 1973 m. Nobelio fizikos premijos atiteko Brianui Josephsonui, taip pat už darbą su superlaidumu.
1986 m. sausio mėn. Karlas Mulleris ir Johannesas Bednorzas padarė atradimą, kuris pakeitė mokslininkų supratimą apie superlaidininkus. Prieš tai buvo suprasta, kad superlaidumas pasireiškia tik atvėsus iki artimo absoliutus nulis , tačiau naudojant bario, lantano ir vario oksidą, jie nustatė, kad jis tapo superlaidininku maždaug 40 laipsnių Kelvino temperatūroje. Tai inicijavo lenktynes, siekiant atrasti medžiagas, kurios veikė kaip superlaidininkai daug aukštesnėje temperatūroje.
Per pastaruosius dešimtmečius aukščiausia pasiekta temperatūra buvo maždaug 133 Kelvino laipsniai (nors, jei naudotumėte aukštą slėgį, galite pakilti iki 164 laipsnių Kelvino). 2015 m. rugpjūtį žurnale „Nature“ publikuotame dokumente buvo pranešta apie superlaidumo atradimą esant 203 laipsnių Kelvino temperatūrai esant aukštam slėgiui.
Superlaidininkų taikymas
Superlaidininkai naudojami įvairiose srityse, bet ypač didelio hadronų greitintuvo struktūroje. Tuneliai, kuriuose yra įkrautų dalelių pluoštai, yra apsupti vamzdžiais, kuriuose yra galingų superlaidininkų. Per superlaidininkus tekančios supersrovės sukuria intensyvų magnetinį lauką elektromagnetinė indukcija , kurį galima naudoti norint pagreitinti ir nukreipti komandą pagal pageidavimą.
Be to, superlaidininkai eksponuoja Meisnerio efektas kurioje jie panaikina visą magnetinį srautą medžiagos viduje, tapdami tobulai diamagnetiniais (atrasta 1933 m.). Šiuo atveju magnetinio lauko linijos iš tikrųjų keliauja aplink aušinamą superlaidininką. Būtent ši superlaidininkų savybė dažnai naudojama atliekant magnetinės levitacijos eksperimentus, pvz., atliekant kvantinį užraktą, pastebimą kvantinėje levitacijoje. Kitaip tariant, jei Atgal į ateitį stiliaus skraidančios lentos kada nors tampa realybe. Mažiau kasdieniame pritaikyme superlaidininkai vaidina svarbų vaidmenį šiuolaikinėje pažangoje magnetinės levitacijos traukiniai , kurie suteikia galingą galimybę greitajam viešajam transportui, kuris yra pagrįstas elektra (kuri gali būti gaminama naudojant atsinaujinančią energiją), priešingai nei neatsinaujinančios srovės galimybės, tokios kaip lėktuvai, automobiliai ir anglimi varomi traukiniai.
RedaguotaAnne Marie Helmenstine, mokslų daktarė.