В търсене на свръхпроводници на стайна температура

Представете си свят, в който влакове с магнитна левитация (maglev) са често срещани, компютрите са светкавични, захранващите кабели имат малка загуба и съществуват нови детектори за частици. Това е светът, в който свръхпроводниците на стайна температура са реалност. Засега това е мечта за бъдещето, но учените са по-близо от всякога до постигане на свръхпроводимост на стайна температура.

Свръхпроводникът на стайна температура (RTS) е вид високотемпературен свръхпроводник (high-T)_{° С} или HTS), който работи по-близо до стайна температура отколкото да абсолютна нула. Обаче работната температура над 0 ° C (273,15 K) все още е доста под тази, която повечето от нас считат за "нормална" стайна температура (20 до 25 ° C). Под критичната температура, свръхпроводник има нула електрическо съпротивление и експулсиране на магнитни потокови полета. Макар да е свръхпростяване, свръхпроводимостта може да се разглежда като състояние на перфектно електропроводимост.

Високотемпературните свръхпроводници проявяват свръхпроводимост над 30 K (-243.2 ° C). Докато традиционният свръхпроводник трябва да се охлажда с течен хелий, за да стане свръхпроводим, високотемпературният свръхпроводник може да бъде охлажда се с помощта на течен азот. За разлика от тях, може да бъде свръхпроводник на стайна температура охлажда се с обикновен воден лед.

Повдигането на критичната температура за свръхпроводимост до практична температура е свещен граал за физиците и електротехниците. Някои изследователи смятат, че свръхпроводимостта при стайна температура е невъзможна, докато други посочват напредъка, който вече е надминал досегашните вярвания.

Свръхпроводимостта е открита през 1911 г. от Хайке Камерлинг Онес в твърд живак, охладен с течен хелий (Нобелова награда за физика от 1913 г.). Едва през 30-те години учените предложиха обяснение как работи свръхпроводимостта. През 1933 г. Фриц и Хайнц Лондон обясниха това Ефект на Майснер, в който свръхпроводник изхвърля вътрешни магнитни полета. От теорията на Лондон обясненията нарастват до включването на теорията на Гинзбург-Ландау (1950 г.) и микроскопичната теория на BCS (1957 г., наречена за Бардин, Купър и Шрифер). Според теорията на BCS, изглежда, че свръхпроводимостта е забранена при температури над 30 К. И все пак, през 1986 г. Беднорц и Мюлер откриват първия високотемпературен свръхпроводник, петраскитен материал на основата на лантан, с преходна температура 35 К. Откритието им спечели Нобеловата награда за физика през 1987 г. и отвори вратата за нови открития.

Суперпроводникът с най-висока температура до момента, открит през 2015 г. от Михаил Еремец и неговия екип, е серният хидрид (H₃С). Сярният хидрид има температура на преход около 203 K (-70 ° C), но само при изключително високо налягане (около 150 гигапаскали). Изследователи прогнозирайте, че критичната температура може да бъде повишена над 0 ° C, ако серните атоми се заменят с фосфор, платина, селен, калий или телур и се прилага все още по-високо налягане. Въпреки това, докато учените предлагат обяснения за поведението на серната хидридна система, те не са успели да повторят електрическото или магнитното поведение.

Свръхпроводящо поведение при стайна температура е заявено и за други материали, освен сярен хидрид. Високотемпературният свръхпроводник итриев бариев меден оксид (YBCO) може да стане свръхпроводим при 300 К, използвайки инфрачервени лазерни импулси. Физикът на твърдото тяло Нийл Ашкрофт прогнозира, че твърдият метален водород трябва да бъде свръхпроводим близо до стайна температура. Екипът от Харвард, който твърди, че произвежда метален водород, съобщава, че ефектът на Майснер може да се наблюдава при 250 К. Въз основа на екситон-медиирано електронно сдвояване (не фоно-медиирано сдвояване на BCS теорията), това е така възможна високотемпературна свръхпроводимост може да се наблюдава в органичните полимери отдясно условия.

В научната литература се появяват множество съобщения за свръхпроводимост на стайна температура, така че от 2018 г. постижението изглежда възможно. Ефектът обаче рядко продължава дълго и е дяволски трудно да се повтори. Друг е въпросът, че може да се наложи изключително налягане за постигане на ефекта на Майснер. След като се получи стабилен материал, най-очевидните приложения включват разработването на ефикасно електрическо окабеляване и мощни електромагнити. Оттам небето е границата, що се отнася до електрониката. Свръхпроводникът със стайна температура предлага възможност за загуба на енергия при практическа температура. Повечето приложения на RTS все още не са представени.

• Свръхпроводникът със стайна температура (RTS) е материал, способен на свръхпроводимост над температура от 0 ° C. Не е непременно свръхпроводящо при нормална стайна температура.
• Въпреки че много изследователи твърдят, че са наблюдавали свръхпроводимост на стайна температура, учените не са успели надеждно да повторят резултатите. Съществуват обаче високотемпературни свръхпроводници с температури на прехода между -243.2 ° C и -135 ° C.
• Потенциалните приложения на свръхпроводниците със стайна температура включват по-бързи компютри, нови методи за съхранение на данни и подобрен трансфер на енергия.

• Беднорц, Дж. G.; Мюлер, К. А. (1986). „Възможна висока ТС свръхпроводимост в системата Ba-La-Cu-O“. Zeitschrift für Physik Б. 64 (2): 189–193.
• Дроздов, А. P.; Еремец, М. аз.; Троян, аз. A.; Ксенофонтов, V.; Шилин, С. I. (2015). „Конвенционална свръхпроводимост при 203 келвина при високи налягания в системата на серния хидрид“. природа. 525: 73–6.
• Ge, Y. F.; Zhang, F.; Яо, Й. Г. (2016). „Демонстрация на първи принципи на свръхпроводимост при 280 K в сероводород с ниско заместване на фосфор“. Физ. Rev. B. 93 (22): 224513.
• Khare, Neeraj (2003). Наръчник за високотемпературна свръхпроводникова електроника. CRC Press.
• Mankowsky, R.; Subedi, A.; Först, M.; Mariager, S. О.; Chollet, M.; Лемке, З. T.; Робинсън, Дж. С.; Glownia, J. М.; Минити, М. P.; Frano, A.; Fechner, M.; Спалдин, Н. А.; Loew, T.; Keimer, B.; Жорж, А.; Кавалери, А. (2014). „Нелинейната динамика на решетката като основа за засилена свръхпроводимост в YBa₂Cu₃О_6.5". природа. 516 (7529): 71–73.
• Mourachkine, A. (2004). Свръхпроводимост на стаята и температурата. Cambridge International Science Publishing.