რა მოხდება, თუ... მივიღებთ მაღალი ტემპერატურის ზეგამტარებს? იმედის შებოჭვები

უდანაკარგო გადამცემი ხაზები, დაბალი ტემპერატურის ელექტროინჟინერია, სუპერელექტრომაგნიტები, საბოლოოდ ნაზად შეკუმშავს პლაზმის მილიონობით გრადუსს თერმობირთვულ რეაქტორებში, მშვიდი და სწრაფი მაგლევის ლიანდაგი. სუპერგამტარების იმდენი იმედი გვაქვს...

ზეგამტარობა ნულოვანი ელექტრული წინააღმდეგობის მატერიალურ მდგომარეობას ეწოდება. ეს მიიღწევა ზოგიერთ მასალაში ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე. მან აღმოაჩინა ეს კვანტური ფენომენი კამერლინგ ონესი (1) ვერცხლისწყალში, 1911 წელს. კლასიკური ფიზიკა ვერ აღწერს მას. ნულოვანი წინააღმდეგობის გარდა, სუპერგამტარების კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი თვისებაა ამოიღეთ მაგნიტური ველი მისი მოცულობიდანეგრეთ წოდებული მაისნერის ეფექტი (I ტიპის ზეგამტარებში) ან მაგნიტური ველის ფოკუსირება „მორევებად“ (II ტიპის ზეგამტარებში).

სუპერგამტარების უმეტესობა მუშაობს მხოლოდ აბსოლუტურ ნულთან ახლოს ტემპერატურაზე. მოხსენებულია 0 კელვინი (-273,15 °C). ატომების მოძრაობა ამ ტემპერატურაზე ის თითქმის არ არსებობს. ეს არის სუპერგამტარების გასაღები. Როგორც ყოველთვის ელექტრონები გამტარში მოძრავი ეჯახება სხვა ვიბრაციულ ატომებს, რაც იწვევს ენერგიის დაკარგვა და წინააღმდეგობა. თუმცა, ჩვენ ვიცით, რომ ზეგამტარობა შესაძლებელია მაღალ ტემპერატურაზე. თანდათანობით, ჩვენ ვიპოვით მასალებს, რომლებიც აჩვენებენ ამ ეფექტს დაბალ მინუს ცელსიუსზე და ახლახან პლიუსზეც კი. თუმცა, ეს ისევ ჩვეულებრივ ასოცირდება უკიდურესად მაღალი წნევის გამოყენებასთან. ყველაზე დიდი ოცნებაა ამ ტექნოლოგიის შექმნა ოთახის ტემპერატურაზე გიგანტური წნევის გარეშე.

ზეგამტარობის მდგომარეობის გამოჩენის ფიზიკური საფუძველი არის ტვირთის მტაცებლების წყვილის ფორმირება - ე. წ კუპერი. ასეთი წყვილები შეიძლება წარმოიშვას მსგავსი ენერგიების მქონე ორი ელექტრონის გაერთიანების შედეგად. ფერმის ენერგია, ე.ი. უმცირესი ენერგია, რომლითაც ფერმიონული სისტემის ენერგია გაიზრდება კიდევ ერთი ელემენტის დამატების შემდეგ, მაშინაც კი, როდესაც მათ შორის ურთიერთქმედების ენერგია ძალიან მცირეა. ეს ცვლის მასალის ელექტრულ თვისებებს, რადგან ერთჯერადი მატარებლები არიან ფერმიონები და წყვილი ბოზონები.

თანამშრომლობა მაშასადამე, ეს არის ორი ფერმიონის (მაგალითად, ელექტრონების) სისტემა, რომლებიც ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან ბროლის ბადის ვიბრაციებით, რომელსაც ფონონებს უწოდებენ. ფენომენი აღწერილია ლეონა თანამშრომლობს 1956 წელს და არის დაბალი ტემპერატურის ზეგამტარობის BCS თეორიის ნაწილი. ფერმიონებს, რომლებიც ქმნიან კუპერის წყვილს, აქვთ ნახევრად სპინები (რომლებიც მიმართულია საპირისპირო მიმართულებით), მაგრამ სისტემის შედეგად მიღებული სპინი სავსეა, ანუ კუპერის წყვილი არის ბოზონი.

ზეგამტარები გარკვეულ ტემპერატურაზე არის ზოგიერთი ელემენტი, მაგალითად, კადმიუმი, კალა, ალუმინი, ირიდიუმი, პლატინი, სხვები გადადიან სუპერგამტარობის მდგომარეობაში მხოლოდ ძალიან მაღალი წნევის დროს (მაგალითად, ჟანგბადი, ფოსფორი, გოგირდი, გერმანიუმი, ლითიუმი) ან თხელი ფენების ფორმა (ვოლფრამი, ბერილიუმი, ქრომი) და ზოგიერთი შეიძლება ჯერ კიდევ არ იყოს სუპერგამტარი, როგორიცაა ვერცხლი, სპილენძი, ოქრო, კეთილშობილი აირები, წყალბადი, თუმცა ოქრო, ვერცხლი და სპილენძი საუკეთესო გამტარებლებს შორისაა ოთახის ტემპერატურაზე.

„მაღალი ტემპერატურა“ მაინც მოითხოვს ძალიან დაბალ ტემპერატურას

In 1964 წელი უილიამ ა.ლიტლი ვარაუდობდა მაღალი ტემპერატურის ზეგამტარობის არსებობის შესაძლებლობას ორგანული პოლიმერები. ეს წინადადება ეფუძნება ეგციტონებით გაშუალებულ ელექტრონების დაწყვილებას, განსხვავებით ფონონებით შუამავლობით დაწყვილება BCS თეორიაში. ტერმინი "მაღალი ტემპერატურის ზეგამტარები" გამოიყენება პეროვსკიტის კერამიკის ახალი ოჯახის აღსაწერად, რომელიც აღმოაჩინა იოჰანეს გ. ბედნორცმა და კ. მიულერმა 1986 წელს, რისთვისაც მიიღეს ნობელის პრემია. ეს ახალი კერამიკული ზეგამტარები (2) დამზადდა სპილენძისგან და ჟანგბადისგან, შერეული სხვა ელემენტებთან, როგორიცაა ლანთანი, ბარიუმი და ბისმუტი.

2. კერამიკული ფირფიტა მძლავრი მაგნიტების თავზე

ჩვენი გადმოსახედიდან, „მაღალი ტემპერატურის“ ზეგამტარობა ჯერ კიდევ ძალიან დაბალი იყო. ნორმალური წნევისთვის ზღვარი იყო -140°C და ასეთ ზეგამტარებსაც კი უწოდეს "მაღალი ტემპერატურა". წყალბადის სულფიდისთვის სუპერგამტარობის ტემპერატურა -70°C მიღწეულია უკიდურესად მაღალ წნევაზე. თუმცა, მაღალი ტემპერატურის ზეგამტარებს გაციებისთვის ესაჭიროებათ შედარებით იაფი თხევადი აზოტი და არა თხევადი ჰელიუმი, რაც აუცილებელია.

მეორეს მხრივ, ის ძირითადად მყიფე კერამიკაა, არ არის ძალიან პრაქტიკული ელექტრო სისტემებში გამოსაყენებლად.

მეცნიერებს ჯერ კიდევ სჯერათ, რომ არსებობს უკეთესი ვარიანტი, რომელიც ელოდება აღმოჩენას, მშვენიერი ახალი მასალის, რომელიც დააკმაყოფილებს ისეთ კრიტერიუმებს, როგორიცაა სუპერგამტარობა ოთახის ტემპერატურაზეხელმისაწვდომი და პრაქტიკული გამოყენება. ზოგიერთი კვლევა ფოკუსირებულია სპილენძზე, რთულ კრისტალზე, რომელიც შეიცავს სპილენძისა და ჟანგბადის ატომების ფენებს. კვლევები გრძელდება ზოგიერთ ანომალიურ, მაგრამ მეცნიერულად აუხსნელ ცნობებზე, რომ წყალში გაჟღენთილი გრაფიტი ოთახის ტემპერატურაზე ზეგამტარის როლს ასრულებს.

ბოლო წლები იყო "რევოლუციების", "გარღვევების" და "ახალი თავების" ნამდვილი ნაკადი ზეგამტარობის სფეროში მაღალ ტემპერატურაზე. 2020 წლის ოქტომბერში დაფიქსირდა სუპერგამტარობა ოთახის ტემპერატურაზე (15°C-ზე). ნახშირბადის დისულფიდის ჰიდრიდი (3), თუმცა, მწვანე ლაზერის მიერ წარმოქმნილ ძალიან მაღალ წნევაზე (267 GPa). წმინდა გრაალი, რომელიც იქნება შედარებით იაფი მასალა, რომელიც სუპერგამტარი იქნება ოთახის ტემპერატურაზე და ნორმალურ წნევაზე, ჯერ არ არის ნაპოვნი.

3. ნახშირბადზე დაფუძნებული მასალა, რომელიც ზეგამტარია 15°C ტემპერატურაზე.

მაგნიტური ხანის გარიჟრაჟი

მაღალი ტემპერატურის ზეგამტარების შესაძლო აპლიკაციების ჩამოთვლა შეიძლება დაიწყოს ელექტრონიკით და კომპიუტერული ტექნოლოგიით, ლოგიკური მოწყობილობებით, მეხსიერების ელემენტებით, კონცენტრატორებით და კავშირებით, გენერატორებით, გამაძლიერებლებით, ნაწილაკების ამაჩქარებლებით. შემდეგი სიაში: ძალიან მგრძნობიარე მოწყობილობები მაგნიტური ველების, ძაბვის ან დენების გასაზომად, მაგნიტები MRI სამედიცინო მოწყობილობა, მაგნიტური ენერგიის შესანახი მოწყობილობები, ლევიტაციური ტყვიის მატარებლები, ძრავები, გენერატორები, ტრანსფორმატორები და ელექტროგადამცემი ხაზები. ამ საოცნებო სუპერგამტარი მოწყობილობების მთავარი უპირატესობები იქნება ენერგიის დაბალი გაფრქვევა, მაღალი სიჩქარით მუშაობა და უკიდურესი მგრძნობელობა.

სუპერგამტარებისთვის. არსებობს მიზეზი, რის გამოც ელექტროსადგურები ხშირად შენდება გადატვირთულ ქალაქებთან ახლოს. თუნდაც 30 პროცენტი. მათ მიერ შექმნილი ელექტრო ენერგია ის შეიძლება დაიკარგოს გადამცემ ხაზებზე. ეს არის საერთო პრობლემა ელექტრო მოწყობილობებთან დაკავშირებით. ენერგიის უმეტესი ნაწილი სითბოზე მიდის. ამიტომ, კომპიუტერის ზედაპირის მნიშვნელოვანი ნაწილი დაცულია გაგრილების ნაწილებისთვის, რომლებიც ხელს უწყობენ სქემების მიერ წარმოქმნილი სითბოს გაფანტვას.

სუპერგამტარები წყვეტენ სითბოს ენერგიის დაკარგვის პრობლემას. ექსპერიმენტების ფარგლებში, მეცნიერები, მაგალითად, ახერხებენ საარსებო წყაროს გამომუშავებას ელექტრული დენი ზეგამტარი რგოლის შიგნით ორ წელზე მეტი ხნის განმავლობაში. და ეს არის დამატებითი ენერგიის გარეშე.

დენის გაჩერების ერთადერთი მიზეზი ის იყო, რომ არ იყო წვდომა თხევად ჰელიუმზე და არა იმიტომ, რომ დენი ვერ აგრძელებდა დინებას. ჩვენი ექსპერიმენტები გვაფიქრებინებს, რომ ზეგამტარ მასალებში დინებას შეუძლია ასობით ათასი წლის განმავლობაში, თუ არა მეტის განმავლობაში. ელექტრული დენი სუპერგამტარებში შეიძლება სამუდამოდ მიედინება და ენერგიას უფასოდ გადასცემს.

в არანაირი წინააღმდეგობა უზარმაზარ დენს შეეძლო მიედინებოდა ზეგამტარ მავთულში, რაც თავის მხრივ წარმოქმნიდა წარმოუდგენელი სიმძლავრის მაგნიტურ ველებს. მათი გამოყენება შესაძლებელია მაგლევის მატარებლების ლევიტაციისთვის (4), რომლებსაც უკვე შეუძლიათ მიაღწიონ სიჩქარეს 600 კმ/სთ-მდე და დაფუძნებულია სუპერგამტარი მაგნიტები. ან გამოიყენეთ ისინი ელექტროსადგურებში, ჩაანაცვლებს ტრადიციულ მეთოდებს, რომლებშიც ტურბინები ტრიალებს მაგნიტურ ველებში ელექტროენერგიის გამომუშავებისთვის. ძლიერმა ზეგამტარმა მაგნიტებმა შეიძლება ხელი შეუწყონ შერწყმის რეაქციის კონტროლს. სუპერგამტარ მავთულს შეუძლია იმოქმედოს როგორც ენერგიის შესანახი იდეალური მოწყობილობა და არა ბატარეა და სისტემაში არსებული პოტენციალი შენარჩუნდება ათასი და მილიონი წლის განმავლობაში.

კვანტურ კომპიუტერებში ზეგამტარში შეგიძლიათ მოძრაობდეთ საათის ისრის მიმართულებით ან საათის ისრის საწინააღმდეგოდ. გემებისა და მანქანების ძრავები ათჯერ უფრო მცირე იქნება, ვიდრე დღეს არის და ძვირადღირებული სამედიცინო დიაგნოსტიკური MRI აპარატები მოგერგებათ ხელის გულზე. მსოფლიოს უკიდეგანო უდაბნოების უდაბნოების ფერმებიდან შეგროვებული, მზის ენერგიის შენახვა და გადატანა შესაძლებელია ყოველგვარი დანაკარგის გარეშე.

4. იაპონური მაგლევის მატარებელი

ფიზიკოსისა და მეცნიერების ცნობილი პოპულარიზატორის აზრით, კაკუტექნოლოგიები, როგორიცაა ზეგამტარები, ახალ ეპოქას შექმნის. ჩვენ რომ ჯერ კიდევ ელექტროენერგიის ეპოქაში ვცხოვრობდეთ, ოთახის ტემპერატურის ზეგამტარები მაგნეტიზმის ეპოქას მოიტანდნენ.