Zer gertatzen da... tenperatura altuko supereroaleak lortzen baditugu? Itxaropenaren loturak

Galerarik gabeko transmisio-lerroak, tenperatura baxuko ingeniaritza elektrikoa, superelektroimanak, azkenik, erreaktore termonuklearretako milioika graduko plasma astiro konprimituz, maglev errail isil eta azkarra. Hainbeste itxaropen ditugu supereroaleengan...

Supereroankortasuna zero erresistentzia elektrikoaren egoera materialari deitzen zaio. Hau material batzuetan lortzen da tenperatura oso baxuetan. Fenomeno kuantiko hau aurkitu zuen Kamerling Onnes (1) merkurioan, 1911n. Fisika klasikoak ez du deskribatzen. Zero erresistentziaz gain, supereroaleen beste ezaugarri garrantzitsu bat da eremu magnetikoa bere bolumenetik kanpora botaMeissner efektua deritzona (I motako supereroaleetan) edo eremu magnetikoa "zurrunbiloetan" fokatzea (II motako supereroaleetan).

Supereroale gehienek zero absolututik hurbil dauden tenperaturetan soilik funtzionatzen dute. 0 Kelvin (-273,15 °C) dela jakinarazi dute. Atomoen mugimendua tenperatura horretan ia ez da existitzen. Hau da supereroaleen gakoa. Beti bezala elektroiak eroalean mugitzen diren beste atomo dardara batzuekin talka egitea, eraginez energia galera eta erresistentzia. Hala ere, badakigu supereroankortasuna posible dela tenperatura altuagoetan. Pixkanaka-pixkanaka, efektu hori minus Celsius baxuagoan erakusten duten materialak deskubritzen ari gara, eta azkenaldian plus ere. Hala ere, hau berriro ere presio oso altua aplikatzearekin lotzen da. Amets handiena teknologia hau giro-tenperaturan sortzea da, presio erraldoirik gabe.

Supereroankortasun-egoeraren agerpenaren oinarri fisikoa da zama harrapatzeko bikoteen eraketa - deiturikoa Cooper. Horrelako bikoteak antzeko energia duten bi elektroien batasunaren ondorioz sor daitezke. Fermi energia, hau da. elementu bat gehiago gehitu ondoren sistema fermioniko baten energia handituko den energiarik txikiena, nahiz eta haien arteko elkarrekintzaren energia oso txikia izan. Horrek materialaren propietate elektrikoak aldatzen ditu, eramaile bakarrak fermioiak eta bikoteak bosoiak baitira.

Kooperatu hortaz, bi fermioi (adibidez, elektroiak) elkarri eragiten dioten sistema bat da kristal-sarearen bibrazioen bidez, fonoiak deitzen direnak. Fenomenoa deskribatu da Leonak elkarlanean aritzen da 1956an eta tenperatura baxuko supereroankortasunaren BCS teoriaren parte da. Cooper bikotea osatzen duten fermioiek spin erdiak dituzte (kontrako noranzkoetan zuzentzen direnak), baina sistemaren ondoriozko spina beteta dago, hau da, Cooper bikotea bosoia da.

Tenperatura jakin batzuetan supereroaleak elementu batzuk dira, adibidez, kadmioa, eztainua, aluminioa, iridioa, platinoa, beste batzuk supereroankortasun egoerara pasatzen dira oso presio altuan (adibidez, oxigenoa, fosforoa, sufrea, germanioa, litioa) edo geruza meheen forma (tungstenoa, berilioa, kromoa), eta batzuk oraindik ez dira supereroaleak, hala nola zilarra, kobrea, urrea, gas nobleak, hidrogenoa, nahiz eta urrea, zilarra eta kobrea giro-tenperaturan eroale onenen artean egon.

"Tenperatura altuak" oraindik oso tenperatura baxuak eskatzen ditu

Urteko 1964 William A. Little tenperatura altuko supereroankortasuna egotearen aukera iradoki zuen polimero organikoak. Proposamen hau kitzitoi bidezko elektroi parekatzean oinarritzen da, BCS teorian fonoi bidezko parekatzearen aurrean. "Tenperatura altuko supereroaleak" terminoa Johannes G. Bednorz eta C.A. Müller 1986an, eta horregatik jaso zuten Nobel Saria. Zeramikazko supereroale berri hauek (2) kobrez eta oxigenoaz eginak ziren beste elementu batzuekin nahastuta, hala nola, lantanoa, barioa eta bismutoa.

2. Zeramikazko plaka iman indartsuen gainean ibiltzen da

Gure ikuspuntutik, "tenperatura altuko" supereroankortasuna oso baxua zen oraindik. Presio normaletarako, muga -140 °C zen, eta halako supereroaleei ere "tenperatura altuko" deitzen zitzaien. Hidrogeno sulfuroaren -70 °C-ko supereroankortasun-tenperatura oso presio altuetan lortu da. Hala ere, tenperatura altuko supereroaleek helio likidoa baino nitrogeno likido nahiko merkea behar dute hozteko, eta hori ezinbestekoa da.

Bestalde, zeramika hauskorra da gehienbat, sistema elektrikoetan erabiltzeko ez oso praktikoa.

Zientzialariek oraindik uste dute deskubritzeko zain dagoen aukera hobe bat dagoela, irizpideak beteko dituen material berri zoragarria, esate baterako. supereroankortasuna giro-tenperaturanerabilerraza eta praktikoa. Zenbait ikerketa kobrean zentratu dira, kobre eta oxigeno atomo geruzak dituen kristal konplexu bat. Urez bustita grafitoak giro-tenperaturan supereroale gisa joka dezakeela dioten txosten anormal baina zientifikoki ulertezin batzuen inguruan ikertzen jarraitzen dute.

Azken urteak "iraultza", "aurrerapauso" eta "kapitulu berrien" jarioa izan dira tenperatura altuagoetan supereroankortasunaren alorrean. 2020ko urrian, giro-tenperaturan (15 °C-tan) supereroankortasuna jakinarazi zen karbono disulfuro hidruroa (3), ordea, laser berdeak sortutako presio oso altuan (267 GPa). Grial Santua, giro-tenperaturan eta presio arruntean supereroalea izango litzatekeen material merkea litzatekeena, oraindik ez da aurkitu.

3. Karbonoan oinarritutako materiala, 15°C-tan supereroalea dena.

Aro Magnetikoaren Egunsentia

Tenperatura altuko supereroaleen aplikazio posibleen zenbaketa elektronika eta informatika teknologiarekin, gailu logikoekin, memoria elementuekin, etengailuekin eta konexioekin, sorgailuekin, anplifikagailuekin, partikula azeleragailuekin hasi daiteke. Hurrengo zerrendan: eremu magnetikoak, tentsioak edo korronteak neurtzeko gailu oso sentikorrak, imanak. MRI gailu medikoak, energia biltegiratzeko gailu magnetikoak, bala-tren lebitagarriak, motorrak, sorgailuak, transformadoreak eta linea elektrikoak. Ametsetako gailu supereroale hauen abantaila nagusiak potentzia baxua xahutzea, abiadura handiko funtzionamendua eta muturreko sentsibilitatea.

supereroaleentzat. Arrazoi bat dago zentral elektrikoak hiri lanpetuetatik gertu eraikitzeko. Ehuneko 30 ere bai. haiek sortua Energia elektrikoa transmisio-lineetan gal daiteke. Etxetresna elektrikoen ohiko arazoa da. Energia gehiena berora doa. Hori dela eta, ordenagailuaren gainazaleko zati garrantzitsu bat zirkuituek sortzen duten beroa xahutzen laguntzen duten piezak hozteko gordeta dago.

Supereroaleek beroaren energia-galeren arazoa konpontzen dute. Esperimentuen barruan, zientzialariek, adibidez, lortzen dute bizimodua irabaztea korronte elektrikoa eraztun supereroalearen barruan bi urte baino gehiago. Eta hau energia gehigarririk gabe.

Korrontea geldiarazteko arrazoi bakarra helio likidorako sarbiderik ez zegoelako izan zen, ez korronteak ezin zuelako pasatzen jarraitu. Gure esperimentuek material supereroaleen korronteak ehunka mila urtez igaro daitezkeela sinestera eramaten gaituzte, gehiago ez bada. Supereroaleen korronte elektrikoa betirako igaro daiteke, energia doan transferituz.

в erresistentziarik ez korronte izugarri batek hari supereroalean zehar igaro zitekeen, eta, aldi berean, izugarrizko potentziako eremu magnetikoak sortu zituen. Maglev trenak lebitatzeko erabil daitezke (4), dagoeneko 600 km/h-ko abiadura har dezakete eta iman supereroaleak. Edo erabili zentral elektrikoetan, turbinek eremu magnetikoetan biratzen dituzten metodo tradizionalak ordezkatuz elektrizitatea sortzeko. Iman supereroale indartsuek fusio-erreakzioa kontrolatzen lagun dezakete. Hari supereroale batek energia biltegiratzeko gailu ideal gisa jardun dezake, bateria gisa baino, eta sistemaren potentziala mila eta milioi urtez gordeko da.

Ordenagailu kuantikoetan, erlojuaren orratzen noranzkoan edo erlojuaren orratzen kontrako noranzkoan joan zaitezke supereroale batean. Itsasontzi eta autoen motorrak gaur egun baino hamar aldiz txikiagoak izango lirateke, eta mediku diagnostikoko MRI makina garestiak esku-ahurrean sartuko lirateke. Mundu osoko basamortu zabaletako baserrietatik bilduta, eguzki-energia gorde eta transferi daiteke inolako galerarik gabe.

4. Japoniako maglev trena

Fisikari eta zientziaren dibulgatzaile ospetsuaren arabera, Kakusupereroaleak bezalako teknologiek aro berri bati hasiera emango diote. Oraindik elektrizitatearen aroan biziko bagina, giro-tenperaturan dauden supereroaleek magnetismoaren aroa ekarriko lukete berekin.