E s'è ... avemu avutu superconduttori à alta temperatura? Legami di speranza
Linee di trasmissione senza perdita, ingegneria elettrica à bassa temperatura, superelettromagneti, infine cumpressione dolcemente milioni di gradi di plasma in reattori termonucleari, un rail maglev tranquillu è veloce. Avemu tante speranze per i superconduttori...
Superconduttività u statu materiale di resistenza elettrica zero hè chjamatu. Questu hè ottenutu in certi materiali à temperature assai bassu. Hà scupertu stu fenomenu quantum Kamerling Onnes (1) in u mercuriu, in u 1911. A fisica classica ùn riesce à discrive. In più di a resistenza zero, una altra caratteristica impurtante di i superconduttori hè spinghja u campu magneticu fora di u so voluminul'effettu chjamatu Meissner (in i superconduttori di tipu I) o l'enfasi di u campu magneticu in "vortices" (in i superconduttori di tipu II).
A maiò parte di i superconduttori travaglianu solu à temperature vicinu à u zero assolutu. Hè informatu per esse 0 Kelvin (-273,15 ° C). U muvimentu di l'atomi à sta temperatura hè quasi inesistente. Questa hè a chjave per i superconductors. Normalmente elettroni movendu in u cunduttore collide cù altri atomi vibrating, pruvucannu perdita di energia è resistenza. In ogni casu, sapemu chì a superconductività hè pussibule à e temperature più altu. Pocu à pocu, scupremu i materiali chì mostranu stu effettu à un minus Celsius più bassu, è recentemente ancu à plus. Tuttavia, questu novu hè di solitu assuciatu cù l'applicazione di pressione estremamente alta. U sognu più grande hè di creà sta tecnulugia à a temperatura di l'ambienti senza pressione gigantesca.
A basa fisica per l'apparizione di u statu di superconductivity hè furmazione di coppie di carichi grabbers - u cusì chjamatu Cooper. Tali coppiu ponu esse cum'è u risultatu di l'unione di dui elettroni cù energie simili. Fermi energia, i.e. l'energia più chjuca da quale l'energia di un sistema fermionicu aumenterà dopu à l'aghjunzione di un elementu più, ancu quandu l'energia di l'interazzione chì li lega hè assai chjuca. Questu cambia e proprietà elettriche di u materiale, postu chì i trasportatori unichi sò fermioni è i coppie sò bosoni.
Cooperate per quessa, hè un sistema di dui fermioni (per esempiu, l'elettroni) chì interagiscenu cù l'altri per via di vibrazioni di u lattice di cristalli, chjamati fononi. U fenomenu hè statu discrittu Leona coopera in u 1956 è face parte di a teoria BCS di superconductivity à bassa temperatura. I fermioni chì custituiscenu u paru Cooper anu a mità di spins (chì sò diretti in direzzione opposta), ma u spin resultante di u sistema hè pienu, vale à dì, u paru Cooper hè un boson.
Superconductors à certe temperature sò certi elementi, per esempiu, cadmium, stagno, aluminium, iridium, platinum, altri passanu in u statu di superconductivity solu à pressione assai alta (per esempiu, ossigenu, fosforu, sulphur, germanium, lithium) forma di strati sottili (tungstenu, berilliu, cromu), è certi ùn anu ancu esse superconduttivi, cum'è argentu, ramu, oru, gasi nobili, idrogenu, ancu s'è l'oru, l'argentu è u ramu sò trà i migliori cunduttori à a temperatura di l'ambienti.
"Alta temperatura" hè sempre bisognu di temperature assai bassu
In 1964 anno Guglielmu A. Little suggerì a pussibilità di l'esistenza di superconductivity à alta temperatura in polimeri organici. Questa pruposta hè basata nantu à l'accoppiamentu di elettroni mediati da eccitoni in uppusizione à l'accoppiamenti mediati da i fononi in a teoria BCS. U terminu "superconductors à alta temperatura" hè statu usatu per discrìviri una nova famiglia di ceramica strutturata perovskite scuperta da Johannes G. Bednorz è C.A. Müller in u 1986, per quale anu ricevutu u Premiu Nobel. Questi novi superconduttori ceramichi (2) sò stati fatti di ramu è ossigenu mischju cù altri elementi cum'è lantanu, bariu è bismutu.
2. Piastra di ceramica chì passa sopra magneti putenti
Da u nostru puntu di vista, a superconduttività "alta temperatura" era sempre assai bassu. Per pressioni nurmali, u limitu era -140 ° C, è ancu tali superconductors sò chjamati "alta temperatura". A temperatura di superconductività di -70 ° C per l'idrogenu sulfuru hè stata righjunta à pressioni estremamente elevate. Tuttavia, i superconduttori à alta temperatura necessitanu nitrogenu liquidu relativamente economicu per rinfriscà, invece di l'heliu liquidu, chì hè essenziale.
Per d 'altra banda, hè principalmente ceramica fragile, micca assai pratica per l'usu in sistemi elettrici.
I scientisti crèdenu sempre chì ci hè una opzione megliu chì aspetta per esse scuperta, un materiale novu maravigliu chì risponde à criteri cum'è superconduttività à a temperatura di l'ambientiassequible è praticu à aduprà. Alcune ricerche anu focu annantu à u ramu, un cristallu cumplessu chì cuntene strati di atomi di cobre è d'ossigenu. A ricerca cuntinueghja annantu à certi rapporti anormali, ma scientificamente inspiegabili, chì u grafite immersa in acqua pò agisce cum'è un superconductor à a temperatura di l'ambienti.
L'ultimi anni sò stati un veru flussu di "rivuluzioni", "sviluppi" è "nuvelli capituli" in u campu di a superconductività à temperature più altu. In uttrovi 2020, a superconductività à a temperatura di l'ambienti (à 15 ° C) hè stata signalata in idruru di disulfuru di carbonu (3), però, à pressione assai alta (267 GPa) generata da u laser verde. U Santu Graal, chì saria un materiale relativamente prezzu chì saria superconductive à a temperatura di l'ambienti è a pressione normale, ùn hè ancu esse truvatu.
3. Materiale basatu in carbonu chì hè superconductive à 15 ° C.
L'alba di l'età magnetica
L'enumerazione di l'applicazioni pussibuli di superconductors d'alta temperatura pò principià cù l'elettronica è l'urdinatori, i dispositi lògichi, l'elementi di memoria, i switches è i cunnessione, i generatori, amplificatori, acceleratori di particelle. In seguitu nantu à a lista: apparecchi altamente sensibili per a misurazione di campi magnetichi, tensioni o currenti, magneti per Dispositivi medichi MRI, Dispositivi di almacenamentu di energia magnetica, treni bullet levitanti, mutori, generatori, trasformatori è linee elettriche. I vantaghji principali di sti dispusitivi superconducting sognu sarà dissipation bassu putenza, funziunamentu high-vitezza è sensibilità estrema.
per i superconduttori. Ci hè un mutivu perchè e centrali di energia sò spessu custruite vicinu à e cità occupate. Ancu 30 per centu. creatu da elli Energia elettrica pò esse persu nantu à e linee di trasmissione. Questu hè un prublema cumuni cù l'apparecchi elettrici. A maiò parte di l'energia va à u calore. Dunque, una parte significativa di a superficia di l'urdinatore hè dedicata à e parti di rinfrescamentu chì aiutanu à dissiparà u calore generatu da i circuiti.
Superconductors risolve u prublema di perdite di energia per u calore. Cum'è parte di l'esperimenti, i scientisti, per esempiu, riescenu à guadagnà a vita currente elettricu in l'anellu superconduttivu più di dui anni. È questu hè senza energia supplementu.
L'unicu mutivu chì u currente si firmò era perchè ùn ci era micca accessu à l'heliu liquidu, micca perchè u currente ùn pudia cuntinuà à flussu. I nostri esperimenti ci portanu à crede chì i currenti in i materiali superconduttivi ponu scorri per centinaie di millaie d'anni, se micca più. U currente elettricu in i superconductors pò flussu per sempre, trasferendu energia gratuitamente.
в senza resistenza un currente enormu puderia scorri à traversu u filu superconduttivu, chì à u turnu generava campi magnetichi di putenza incredibile. Puderanu esse aduprati per levità i treni maglev (4), chì ponu digià ghjunghje à velocità sin'à 600 km / h è sò basati magneti superconduttori. O aduprate in e centrali elettriche, rimpiazzà i metudi tradiziunali in quale e turbine giranu in campi magnetichi per generà electricità. I magneti superconduttori potenti puderanu aiutà à cuntrullà a reazione di fusione. Un filu superconduttivu pò agisce cum'è un dispositivu di almacenamiento d'energia ideale, invece di una bateria, è u putenziale in u sistema serà cunservatu per mille è un milione d'anni.
In l'informatica quantistica, pudete scorri in u sensu orariu o in u sensu antiurariu in un superconductor. I mutori di navi è di vittura seranu dece volte più chjuchi di quelli chì sò oghje, è e caru macchine di diagnostica medica MRI si adattanu in u palmu di a vostra manu. Raccolta da splutazioni in i vasti deserti di u desertu in u mondu, l'energia solare pò esse almacenata è trasferita senza alcuna perdita.
4. Trenu maglev giapponese
Sicondu u fisicu è famosu popularisatore di a scienza, Kakutecnulugii cum'è i superconduttori inauguranu una nova era. S'è no eramu sempre in l'era di l'electricità, i superconduttori à a temperatura di l'ambienti purterianu cun elli l'era di u magnetismu.
