Στην αναζήτηση υπεραγωγών θερμοκρασίας δωματίου

Φανταστείτε έναν κόσμο στον οποίο μαγνητικές αμαξοστοιχίες (maglev) είναι συνηθισμένοι, οι υπολογιστές είναι κεραυνοί, τα καλώδια τροφοδοσίας έχουν μικρή απώλεια και υπάρχουν νέοι ανιχνευτές σωματιδίων. Αυτός είναι ο κόσμος στον οποίο οι υπεραγωγοί θερμοκρασίας χώρου είναι πραγματικότητα. Μέχρι στιγμής, αυτό είναι ένα όνειρο για το μέλλον, αλλά οι επιστήμονες είναι πιο κοντά από ποτέ για την επίτευξη υπεραγωγιμότητας σε θερμοκρασία δωματίου.

Ο υπεραγωγός θερμοκρασίας χώρου (RTS) είναι ένας τύπος υπεραγωγού υψηλής θερμοκρασίας (υψηλής τάσης)_ντο ή HTS) που λειτουργεί πιο κοντά θερμοκρασία δωματίου από ότι σε απόλυτο μηδενικό. Ωστόσο, η θερμοκρασία λειτουργίας πάνω από 0 ° C (273,15 K) παραμένει πολύ κάτω από αυτό που οι περισσότεροι θεωρούμε "κανονική" θερμοκρασία δωματίου (20 έως 25 ° C). Κάτω από την κρίσιμη θερμοκρασία, το υπεραγωγός έχει μηδέν ηλεκτρική αντίσταση και την απομάκρυνση πεδίων μαγνητικής ροής. Ενώ πρόκειται για υπεραπλούστευση, η υπεραγωγιμότητα μπορεί να θεωρηθεί ως τέλεια κατάσταση ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Οι υπεραγωγοί υψηλής θερμοκρασίας εμφανίζουν υπεραγωγιμότητα άνω των 30 Κ (-243,2 ° C). Ενώ ένας παραδοσιακός υπεραγωγός πρέπει να ψύχεται με υγρό ήλιο για να γίνει υπεραγώγιμο, μπορεί να γίνει υπεραγωγός υψηλής θερμοκρασίας ψύχεται με χρήση υγρού αζώτου. Αντίθετα, θα μπορούσε να είναι ένας υπεραγωγός θερμοκρασίας δωματίου ψύχεται με συνηθισμένο νερό πάγο.

Η αύξηση της κρίσιμης θερμοκρασίας για την υπεραγωγιμότητα σε μια πρακτική θερμοκρασία είναι ένα ιερό γκριλ για τους φυσικούς και τους ηλεκτρολόγους μηχανικούς. Μερικοί ερευνητές πιστεύουν ότι η υπεραγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου είναι αδύνατη, ενώ άλλοι δείχνουν τις προόδους που έχουν ξεπεράσει τις πεποιθήσεις που είχαν προηγηθεί.

Η υπεραγωγιμότητα ανακαλύφθηκε το 1911 από τον Heike Kamerlingh Onnes σε στερεό υδράργυρο που ψύχθηκε με υγρό ήλιο (1913 βραβείο Νόμπελ στη Φυσική). Μόλις στη δεκαετία του 1930 οι επιστήμονες πρότειναν μια εξήγηση για το πώς λειτουργεί η υπεραγωγιμότητα. Το 1933, ο Fritz και ο Heinz London εξήγησαν το Meissner αποτέλεσμα, στην οποία ένας υπεραγωγός αποβάλλει εσωτερικά μαγνητικά πεδία. Από τη θεωρία του Λονδίνου, οι εξηγήσεις αυξήθηκαν για να συμπεριλάβουν τη θεωρία Ginzburg-Landau (1950) και τη μικροσκοπική θεωρία BCS (1957, που ονομάζεται Bardeen, Cooper και Schrieffer). Σύμφωνα με τη θεωρία BCS, φάνηκε ότι η υπεραγωγιμότητα απαγορεύτηκε σε θερμοκρασίες άνω των 30 K. Ωστόσο, το 1986, οι Bednorz και Müller ανακάλυψαν τον πρώτο υπεραγωγό υψηλής θερμοκρασίας, ένα περοβσκίτη με βάση το λανθάνιο, με θερμοκρασία μετάπτωσης 35 K. Η ανακάλυψη τους κέρδισε το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 1987 και άνοιξε την πόρτα για νέες ανακαλύψεις.

Ο υπεραγωγός υψηλότερης θερμοκρασίας μέχρι σήμερα, που ανακαλύφθηκε το 2015 από τον Mikhail Eremets και την ομάδα του, είναι υδρίδιο του θείου (H₃ΜΙΚΡΟ). Το υδρίδιο του θείου έχει θερμοκρασία μετάβασης περίπου 203 K (-70 ° C), αλλά μόνο υπό εξαιρετικά υψηλή πίεση (περίπου 150 gigapascals). Ερευνητές να προβλέψετε ότι η κρίσιμη θερμοκρασία μπορεί να αυξηθεί πάνω από 0 ° C αν τα άτομα θείου αντικαθίστανται από φωσφόρο, λευκόχρυσο, σελήνιο, κάλιο ή τελλούριο και εξακολουθεί να εφαρμόζεται υψηλότερη πίεση. Ωστόσο, ενώ οι επιστήμονες έχουν προτείνει εξηγήσεις για τη συμπεριφορά του συστήματος υδριδίου του θείου, δεν μπόρεσαν να αναπαράγουν την ηλεκτρική ή μαγνητική συμπεριφορά.

Η υπεραγώγιμη συμπεριφορά θερμοκρασίας δωματίου έχει διεκδικηθεί για άλλα υλικά εκτός από το υδρίδιο του θείου. Το υπεραγωγό υπεριώδες οξείδιο του χαλκού βαρίου (YBCO) μπορεί να γίνει υπεραγώγιμο στα 300 Κ χρησιμοποιώντας παλμούς υπέρυθρων λέιζερ. Ο φυσικός στερεός-φυσικός Neil Ashcroft προβλέπει ότι το στερεό μεταλλικό υδρογόνο θα πρέπει να είναι υπεραγώγιμο κοντά στην θερμοκρασία δωματίου. Η ομάδα του Χάρβαρντ που ισχυρίστηκε ότι έκανε το μεταλλικό υδρογόνο αναφορά του αποτελέσματος του Meissner μπορεί να παρατηρήθηκε στα 250 K. Με βάση το ζεύγος ηλεκτρονίων με τη μεσολάβηση exciton (όχι το μεσολάβηση με τη μεσολάβηση του phonon της θεωρίας BCS), είναι μπορεί να παρατηρηθεί πιθανή υπεραγωγιμότητα υψηλής θερμοκρασίας στα οργανικά πολυμερή κάτω δεξιά συνθήκες.

Πολλές αναφορές υπεραγωγιμότητας σε θερμοκρασία δωματίου εμφανίζονται στην επιστημονική βιβλιογραφία, έτσι ώστε από το 2018, το επίτευγμα φαίνεται πιθανό. Ωστόσο, το αποτέλεσμα σπάνια διαρκεί πολύ και είναι δυσνόητα δύσκολο να αναπαραχθεί. Ένα άλλο ζήτημα είναι ότι μπορεί να απαιτηθεί ακραία πίεση για να επιτευχθεί το αποτέλεσμα του Meissner. Από τη στιγμή που παράγεται ένα σταθερό υλικό, οι πιο προφανείς εφαρμογές περιλαμβάνουν την ανάπτυξη αποδοτικών ηλεκτρικών καλωδίων και ισχυρών ηλεκτρομαγνητών. Από εκεί, ο ουρανός είναι το όριο, όσον αφορά τα ηλεκτρονικά. Ένας υπεραγωγός χώρου-θερμοκρασίας προσφέρει τη δυνατότητα μη απώλειας ενέργειας σε πρακτική θερμοκρασία. Οι περισσότερες από τις εφαρμογές του RTS δεν έχουν ακόμη φανταστεί.

• Ένας υπεραγωγός θερμοκρασίας χώρου (RTS) είναι ένα υλικό ικανό για υπεραγωγιμότητα πάνω από μια θερμοκρασία 0 ° C. Δεν είναι απαραίτητα υπεραγώγιμο σε κανονική θερμοκρασία δωματίου.
• Αν και πολλοί ερευνητές ισχυρίζονται ότι έχουν παρατηρήσει υπεραγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου, οι επιστήμονες δεν μπόρεσαν να επαναλάβουν αξιόπιστα τα αποτελέσματα. Ωστόσο, υπάρχουν υπεραγωγοί υψηλής θερμοκρασίας, με θερμοκρασίες μετάβασης μεταξύ -243,2 ° C και -135 ° C.
• Οι πιθανές εφαρμογές υπεραγωγών θερμοκρασίας χώρου περιλαμβάνουν ταχύτερους υπολογιστές, νέες μεθόδους αποθήκευσης δεδομένων και βελτιωμένη μεταφορά ενέργειας.

• Bednorz, J. ΣΟΛ.; Müller, Κ. ΕΝΑ. (1986). "Πιθανή υψηλή υπεραγωγιμότητα TC στο σύστημα Ba-La-Cu-O". Zeitschrift für Physik ΣΙ. 64 (2): 189–193.
• Drozdov, A. Π.; Eremets, Μ. ΕΓΩ.; Τρογιάν, Ι. ΕΝΑ.; Κsenofontov, V.; Shylin, S. ΕΓΩ. (2015). "Συμβατική υπεραγωγιμότητα σε 203 kelvin σε υψηλές πιέσεις στο σύστημα υδριδίου του θείου". Φύση. 525: 73–6.
• Ge, Y. ΦΑ.; Zhang, F.; Yao, Υ. ΣΟΛ. (2016). "Πρώτες αρχές επίδειξη υπεραγωγιμότητας σε 280 K σε υδρόθειο με χαμηλή υποκατάσταση φωσφόρου". Phys. Στροφή μηχανής. σι. 93 (22): 224513.
• Khare, Neeraj (2003). Εγχειρίδιο Ηλεκτρονικών Υπεραγωγών Υψηλής Θερμοκρασίας. CRC Press.
• Mankowsky, R.; Subedi, Α.; Först, Μ.; Mariager, S. Ο.; Chollet, Μ.; Lemke, Η. Τ.; Robinson, J. ΜΙΚΡΟ.; Glownia, J. Μ.; Minitti, M. Π.; Frano, Α.; Fechner, Μ.; Spaldin, N. ΕΝΑ.; Loew, Τ.; Keimer, Β.; Georges, Α.; Cavalleri, Α. (2014). "Μη γραμμική δυναμική πλέγματος ως βάση για ενισχυμένη υπεραγωγιμότητα στο YBa₂Cu₃Ο_6.5". Φύση. 516 (7529): 71–73.
• Mourachkine, Α. (2004). Θερμοκρασία δωματίου-υπεραγωγιμότητας. Cambridge International Science Publishing.