Huoneen lämpötilan suprajohteita etsiessään

Kuvittele maailma, jossa magneettinen levitaatio (maglev) -junat ovat yleisiä, tietokoneet ovat salamannopeita, virtajohdoissa on vähän häviötä ja uusia hiukkasilmaisimia on olemassa. Tässä on huone, jossa huoneenlämpöiset suprajohteet ovat todellisuutta. Toistaiseksi tämä on unelma tulevaisuudesta, mutta tutkijat ovat lähempänä kuin koskaan aikaisempaa huonelämpötilan saavuttamista huoneenlämmössä.

Huoneenlämpöinen suprajohdin (RTS) on eräänlainen korkean lämpötilan suprajohdin (korkea-T_C tai HTS), joka toimii lähempänä huonelämpötila kuin absoluuttinen nolla. Käyttölämpötila yli 0 ° C (273,15 K) on kuitenkin edelleen selvästi alhaisempi kuin mitä useimmat meistä pitävät "normaalina" huonelämpötilana (20-25 ° C). Kriittisen lämpötilan alapuolella suprajohde on nolla sähkövastus ja magneettivuon kenttien karkottaminen. Vaikka se on ylimääräistä yksinkertaistamista, suprajohtavuudella voidaan ajatella olevan täydellinen tila sähkönjohtavuus.

Korkean lämpötilan suprajohtimien suprajohtavuus on yli 30 K (–243,2 ° C). Vaikka perinteinen suprajohdin on jäähdytettävä nestemäisellä heliumilla suprajohtavaksi, korkean lämpötilan suprajohdin voi olla

Suprajohtavuuden kriittisen lämpötilan nostaminen käytännön lämpötilaan on pyhä graali fyysikoille ja sähköinsinöörille. Joidenkin tutkijoiden mielestä huoneenlämpöinen suprajohtavuus on mahdotonta, kun taas toiset huomauttavat etenemisestä, joka on jo ylittänyt aiemmin pidetyt uskomukset.

Suprajohtavuuden havaitsi Heike Kamerlingh Onnes vuonna 1911 kiinteässä elohopeassa, joka oli jäähdytetty nestemäisellä heliumilla (fysiikan Nobel-palkinto 1913). Vasta 1930-luvulla tutkijat ehdottivat selitystä suprajohtavuuden toiminnasta. Vuonna 1933 Fritz ja Heinz London selittivät Meissner-vaikutus, jossa suprajohdin karkaa sisäiset magneettikentät. Lontoon teoriasta selitykset kasvoivat kattamaan Ginzburg-Landau-teorian (1950) ja mikroskooppisen BCS-teorian (1957, nimeltään Bardeen, Cooper ja Schrieffer). BCS-teorian mukaan suprajohtavuus näytti kielletyltä yli 30 K lämpötilassa. Vielä vuonna 1986, Bednorz ja Müller löysivät ensimmäisen korkean lämpötilan suprajohteen, lantaanipohjaisen kupaattiperovskiittimateriaalin, jonka siirtymälämpötila oli 35 K. Löytö ansaitsi heille vuoden 1987 fysiikan Nobel-palkinnon ja avasi oven uusille löytöille.

Mikhail Eremetsin ja hänen tiiminsä vuonna 2015 löytämä tähän mennessä korkeimman lämpötilan suprajohdin on rikkihydridi (H₃S). Rikkihydridin siirtymälämpötila on noin 203 K (-70 ° C), mutta vain erittäin korkeassa paineessa (noin 150 gigapaskalia). tutkijat ennustaa kriittisen lämpötilan nousua yli 0 ° C, jos rikkiatomit korvataan fosforilla, platinalla, seleenillä, kaliumilla tai telluurilla, ja vielä korkeampi paine asetetaan. Vaikka tutkijat ovat ehdottaneet selityksiä rikkihydridijärjestelmän käyttäytymiselle, he eivät ole kuitenkaan pystyneet toistamaan sähköistä tai magneettista käyttäytymistä.

Huoneenlämmön suprajohtavaa käyttäytymistä on väitetty muille materiaaleille rikkihydridin lisäksi. Korkean lämpötilan suprajohtava yttriumbarium-kuparioksidi (YBCO) saattaa tulla suprajohtavaksi 300 K lämpötilassa käyttämällä infrapunalaserpulsseja. Kiinteän fyysikon Neil Ashcroft ennustaa kiinteän metallisen vedyn olevan suprajohtavaa lähellä huoneenlämpötilaa. Harvard-ryhmä, joka väitti tuottavan metallista vetyä, ilmoitti Meissner-vaikutuksen olevan havaittu 250 K lämpötilassa. Perustuu eksitonivälitteiseen elektronien muodostamiseen (ei BCS-teorian fononivälitteiseen pariliitumiseen), mahdollinen korkean lämpötilan suprajohtavuus voidaan havaita orgaanisissa polymeereissä oikealla olosuhteissa.

Tieteellisessä kirjallisuudessa ilmestyy lukuisia raportteja huoneenlämmön suprajohtavuudesta, joten saavuttaminen näyttää olevan mahdollista vuodesta 2018 alkaen. Vaikutus kuitenkin kestää harvoin pitkään ja sitä on pirullisesti vaikea toistaa. Toinen kysymys on, että Meissner-vaikutuksen saavuttamiseksi voidaan tarvita voimakas paine. Kun vakaa materiaali on tuotettu, ilmeisimpiin sovelluksiin kuuluu tehokkaan sähköjohdotuksen ja voimakkaiden sähkömagneettien kehittäminen. Sieltä taivas on raja elektroniikan suhteen. Huoneenlämpöinen suprajohdin tarjoaa mahdollisuuden, ettei energiahukkaa käytännöllisessä lämpötilassa. Suurinta osaa RTS: n sovelluksista ei ole vielä kuviteltu.

• Huoneenlämpöinen suprajohdin (RTS) on materiaali, joka kykenee suprajohtavuuteen yli 0 ° C: n lämpötilan. Se ei välttämättä ole suprajohtavaa normaalissa huoneenlämpötilassa.
• Vaikka monet tutkijat väittävät havainneensa huoneenlämmön suprajohtavuutta, tutkijat eivät ole pystyneet toistamaan tuloksia luotettavasti. Korkean lämpötilan suprajohteita on kuitenkin olemassa, siirtymälämpötilojen ollessa -243,2 ° C ja -135 ° C.
• Huoneen lämpötilan suprajohteiden potentiaalisia sovelluksia ovat nopeammat tietokoneet, uudet tietojen tallennusmenetelmät ja parempi energian siirto.

• Bednorz, J. G.; Müller, K. A. (1986). "Mahdollinen korkea TC-suprajohtavuus Ba-La-Cu-O-järjestelmässä". Zeitschrift für Physik B. 64 (2): 189–193.
• Drozdov, A. P.; Eremets, M. I.; Troyan, I. A.; Ksenofontov, V.; Shylin, S. I. (2015). "Tavanomainen suprajohtavuus 203 kelvinillä korkeissa paineissa rikkihydridijärjestelmässä". luonto. 525: 73–6.
• Ge, Y. F.; Zhang, F.; Yao, Y. G. (2016). "Suprajohtavuuden ensisijaiset periaatteet 280 K: n lämpötilassa rikkivedyssä, jossa on alhainen fosforisubstituutio". Phys. Rev. B. 93 (22): 224513.
• Khare, Neeraj (2003). Käsikirja korkean lämpötilan suprajohtajasta. CRC Press.
• Mankowsky, R.; Subedi, A.; Först, M.; Mariager, S. O.; Chollet, M.; Lemke, H. T.; Robinson, J. S.; Glownia, J. M.; Minitti, M. P.; Frano, A.; Fechner, M.; Spaldin, N..; Loew, T.; Keimer, B.; Georges, A.; Cavalleri, A. (2014). "Epälineaarinen hiladynamiikka parannetun suprajohtavuuden perusteena YBa: ssa₂cu₃O_6.5". luonto. 516 (7529): 71–73.
• Mourachkine, A. (2004). Huoneenlämpöinen suprajohtavuus. Cambridge International Science Publishing.