Близка разгадка тайны сверхпроводимости Олег Нечай
Близка разгадка тайны сверхпроводимости
Олег Нечай
Опубликовано 22 июля 2010 года
Американские физики приблизились к разгадке тайны сверхпроводимости – одного из самого многообещающего свойства некоторых веществ. Это открытие может революционным образом изменить современную систему энергетики – если учёные смогут создать сверхпроводники, работающие при температуре, близкой к комнатной.
Напомним, что представляет собой сверхпроводимость. Это явление открыл в далёком 1911 году голландский учёный Хейке Камерлинг-Оннес при исследовании свойств веществ при низких температурах – за эти исследования в 1913 году ему была присуждена Нобелевская премия по физике. В ходе экспериментов обнаружилось, что некоторые вещества, в частности, ртуть, олово, свинец и таллий, при охлаждении до температуры ниже 20 K (при температуре жидкого гелия, на 20 градусов Кельвина выше абсолютного нуля) полностью теряют электрическое сопротивление и могут проводить электрический ток без каких-либо потерь. При повышении температуры это явление исчезало – как и при воздействии сильных токов и магнитных полей. В общем приближении эффект сверхпроводимости объясняется довольно просто: направленному движению электронов в проводнике в обычном состоянии мешают случайные колебания атомов, а при уменьшении температуры эти колебания становятся меньше, и электроны встречают всё меньше препятствий на своём пути.
На протяжении последних двадцати лет учёные пытались выяснить, почему явление сверхпроводимости возникает лишь при температурах чуть выше абсолютного нуля. Было зафиксировано состояние так называемой псевдощели – диапазон температур, при котором сверхпроводники теряют свои свойства. При этом в веществе на молекулярном уровне происходят какие-то изменения, но до последнего времени все попытки установить характер этих явлений были неудачными.
Физики, работающие на Министерство энергетики США, возможно, нашли решение загадки. Экспериментируя со сверхпроводниками из оксида меди, учёные заметили изменения в поведении электронов, которые происходят только при прохождении псевдощелевого состояния. В частности, было отмечено, с какой лёгкостью электроны могут перепрыгивать из атомов меди и кислорода на иглу туннельного сканирующего микроскопа. Описание этого эксперимента было опубликовано 15 июля 2010 года в журнале Nature.
Оксид меди относится к так называемым высокотемпературным сверхпроводникам, открытым в 1986 году – эти вещества получают свойства сверхпроводимости при температуре около 90 градусов Кельвина – на 90 градусов выше абсолютного нуля. Представьте кристаллическую структуру оксида меди: повторяющиеся один за другим модули из атома меди в центре решётки, одного атома водорода над ним и одного – слева от него. В каждом таком модуле, по словам руководителя проекта Симуса Дэвиса, способность туннелирования электронов из «верхнего» атома кислорода значительно сильнее способности туннелирования электронов из «левого» атома.
Обнаружение такого явного нарушения симметрии имеет большое значение – в истории науки масса прецедентов, когда подобная асимметрия в корне меняла привычные представления об окружающем мире. К примеру, открытие асимметрий в жидких кристаллах позволило разработать способ управлять ими, благодаря чему были созданы широко распространённые сегодня жидкокристаллические экраны.
Специалисты рассчитывают, что обнаружение асимметрии кристаллической решётки в фазе псевдощели будет иметь не менее важное значение. В настоящее время продолжается поиск подобных нарушений симметрии в других сверхпроводниках из оксида меди. Одновременно учёные пытаются установить, каким образом эта ассимметрия влияет на движение электронов и, как это движение, в свою очередь, отражается на свойстве сверхпроводимости. Знание этого механизма позволит понять, как изготовить материалы, обладающие высокотемпературной сверхпроводимостью, то есть проявляющие нулевое электрическое сопротивление при комнатной температуре.
Сегодня для получения свойств сверхпроводимости требуются сложные системы охлаждения, что делает невозможным широкое применение сверхпроводников. Создание веществ, способных сохранять свойство сверхпроводимости без охлаждения до очень низких температур, будет иметь поистине революционное значение для технологий будущего. Использование таких материалов кардинально повысит эффективность энергораспределительных сетей и сделает энергетику завтрашнего дня значительно экономичней. Более того, возбуждённый в замкнутом контуре сверхпроводников ток может циркулировать по нему без потерь в течение миллионов лет, что отчасти было подтверждено ещё экспериментами Камерглинга-Оннеса, который в 1924 году смоделировал появление незатухающего тока в кольце из двух контактирующих сверхпроводников.
Из сверхпроводников можно будет построить магниты высочайшей мощности, способные с лёгкостью поднимать любые грузы. Известно, что всем сверхпроводникам присущ так называемый эффект Мейснера, заключающийся в том, что если поместить магнит над сверхпроводником, то этот магнит будет висеть в воздухе. Дело в том, что сверхпроводник непроницаем для магнитного поля, и он как бы выталкивает его, искажая силовые линии магнита. К тому же магнит создаёт в сверхпроводнике своё «зеркальное отражение» и отталкивается от него. Благодаря эффекту Мейснера и высокотемпературным сверхпроводникам в будущем получат самое широкое распространение скоростные бесконтактные транспортные средства, которые быстро отправят на свалку истории железнодорожный и другой рельсовый транспорт, пришедший к нам из начала XIX века.
Сверхпроводимость при комнатной температуре – одно из важнейших направлений исследований в современной физике твёрдого тела. Понимание процессов, происходящих в веществе в состоянии псевдощели, приближает момент, когда секрет этого явления будет, наконец, раскрыт.
К оглавлению
Более 800 000 книг и аудиокниг! 📚
Получи 2 месяца Литрес Подписки в подарок и наслаждайся неограниченным чтением
ПОЛУЧИТЬ ПОДАРОКЧитайте также
Золотой век ТВ ещё впереди Олег Нечай
Золотой век ТВ ещё впереди Олег Нечай Опубликовано 13 мая 2013 Вопреки распространённому мнению телевидение вовсе не умирает. И хотя социальные сети и новые технологические платформы буквально считают дни до его похорон, сегодня мы наблюдаем
Современные ЖК-мониторы Олег Нечай
Современные ЖК-мониторы Олег Нечай Опубликовано 05 августа 2011 года В течение последних десяти лет конструкция жидкокристаллических мониторов стремительно совершенствовалась, но ещё быстрее увеличивалась диагональ экрана: если в 2001 году
Четыре видеорегистратора Олег Нечай
Четыре видеорегистратора Олег Нечай Опубликовано 31 августа 2011 года Proline DVR-006 Один из самых популярных бюджетных видеорегистраторов, известный под самыми разными названиями, включая Proline DVR-006, или «Сова». Главная причина популярности —
Автомобильные видеорегистраторы Олег Нечай
Автомобильные видеорегистраторы Олег Нечай Опубликовано 31 августа 2011 года Не будем лукавить: чаще всего видеорегистраторы приобретаются с целью противостоять недобросовестным «продавцам полосатых палочек», пытающимся приписать водителям
Отстающий стремительный Олег Нечай
Отстающий стремительный Олег Нечай Опубликовано 05 апреля 2011 года Новый стандарт высокоскоростной беспроводной связи 4G, получивший индекс IEEE 802.16m, должен прийти на смену нынешнему поколению WiMAX IEEE 802.16e. Однако есть обоснованные сомнения в том, что
Семь электронных книг Олег Нечай
Семь электронных книг Олег Нечай Опубликовано 17 ноября 2011 года Amazon Kindle 3 Wi-Fi + 3G Электронная книга на основе технологии E Ink VizPlex 220 Pearl с шестидюймовым дисплеем, физической алфавитно-цифровой клавиатурой, доступом в интернет и аудиоплеером.
Ультрабук ещё не тот Олег Нечай
Ультрабук ещё не тот Олег Нечай Опубликовано 25 ноября 2011 года Летом 2011 года вице-президент корпорации Intel Мули Иден представил на международной выставке Computex 2011 новый класс портативных компьютеров — ультрабук. По его словам, это самое значительное
Пять проигрывателей Blu-ray Олег Нечай
Пять проигрывателей Blu-ray Олег Нечай Опубликовано 09 декабря 2011 года Panasonic DMP-BD75 Бюджетный проигрыватель Blu-ray c возможностью воспроизведения медиафайлов с внешних USB-накопителей. Ориентировочная розничная цена — 4200 рублей. Доступный
Современные струйные МФУ Олег Нечай
Современные струйные МФУ Олег Нечай Опубликовано 24 февраля 2011 года За последние пять лет огромную популярность завоевали так называемые «многофункциональные устройства», или MФУ. Это аппараты, объединяющие в себе принтер, сканер и, реже, факс, и
CES 2011: Ноутбуки и моноблоки Олег Нечай
CES 2011: Ноутбуки и моноблоки Олег Нечай Опубликовано 13 января 2011 года Acer Бессменный лидер российского рынка ноутбуков показал на CES 2011 массу новинок на базе платформ AMD и Intel последнего поколения.Три новых портативных компьютера Acer
Мыши для ноутбуков Олег Нечай
Мыши для ноутбуков Олег Нечай Опубликовано 08 ноября 2010 года Практически во всех портативных компьютерах есть встроенный манипулятор — сенсорная панель тачпад, или, как в ноутбуках ThinkPad, даже два — тачпад и трекпойнт. Однако если вы пользуетесь
Транзистор из семи атомов Олег Нечай
Транзистор из семи атомов Олег Нечай Опубликовано 10 июня 2010 года Группа австралийских учёных объявила о создании транзистора — «квантовой точки», состоящей из семи атомов. Это не самый маленький в мире транзистор — ещё два года назад в
Аккумуляторные батареи: от и до Олег Нечай
Аккумуляторные батареи: от и до Олег Нечай Опубликовано 08 декабря 2010 года В современных ноутбуках и прочих портативных электронных устройствах применяются два типа аккумуляторных батарей: ионно-литиевые (чаще всего обозначаются как Li-ion) и
Компьютеры-моноблоки — от и до Олег Нечай
Компьютеры-моноблоки — от и до Олег Нечай Опубликовано 16 марта 2011 года Однако на самом деле эта идея чуть раньше пришла в голову инженерам компании Commodore, которая занимала львиную долю рынка домашних компьютеров задолго до появления IBM PC. Commodore PET
Li-Fi: вайфай на лампочках Олег Нечай
Li-Fi: вайфай на лампочках Олег Нечай Опубликовано 16 мая 2012 года На выставке бытовой электроники CES 2012, проходившей в январе 2012 года в американской столице развлечений Лас-Вегасе, японская Casio продемонстрировала необычный фокус: один смартфон
Память завтрашнего дня Олег Нечай
Память завтрашнего дня Олег Нечай Опубликовано 18 апреля 2012 года Компьютерные накопители на основе микросхем флэш-памяти, получившие название SSD (Solid State Drive, то есть «твёрдотельный привод»), появились на массовым рынке всего лишь в середине