Szupravezetés

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. május 23-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 20 szerkesztést igényelnek .

A szupravezetés  bizonyos anyagok azon tulajdonsága , hogy szigorúan nulla elektromos ellenállással rendelkeznek, amikor egy bizonyos érték (kritikus hőmérséklet) alatti hőmérsékletet érnek el . Ismeretes, hogy több száz vegyület, tiszta elem, ötvözet és kerámia kerül szupravezető állapotba. A szupravezetés kvantumjelenség . Jellemzője a Meissner-effektus is, amely a mágneses tér teljes elmozdulásából áll a szupravezető térfogatából. Ennek a hatásnak a megléte azt mutatja, hogy a szupravezetés nem írható le egyszerűen a klasszikus értelemben vett ideális vezetőképességnek .

A magas hőmérsékletű szupravezetők (HTSC) sorozatának 1986–1993-as felfedezése messze kitolta a szupravezető képesség hőmérsékleti határát, és lehetővé tette a szupravezető anyagok gyakorlati alkalmazását nem csak a folyékony hélium forráspontján (4,2 K), hanem a szupravezetőknél is. folyékony nitrogén forráspontja (77 K), sokkal olcsóbb kriogén folyadék.

Felfedezési előzmények

A szupravezetés jelenségének felfedezésének alapja az anyagok ultraalacsony hőmérsékletre hűtésére szolgáló technológiák kifejlesztése volt. 1877- ben Louis Cayette francia mérnök és Raoul Pictet svájci fizikus egymástól függetlenül hűtötték le az oxigént folyékony halmazállapotúvá. 1883- ban Zygmunt Wróblewski és Karol Olszewski végezte a nitrogén cseppfolyósítását . 1898- ban James Dewarnak sikerült folyékony hidrogént is előállítania .

Heike Kamerling-Onnes holland fizikus 1893-ban kezdett foglalkozni az ultraalacsony hőmérséklet problémájával . Sikerült létrehoznia a világ legjobb kriogén laboratóriumát, amelyben 1908. július 10-én folyékony héliumot kapott . Később sikerült 1 Kelvinre emelnie a hőmérsékletét . Kamerling-Onnes folyékony héliumot használt a fémek tulajdonságainak tanulmányozására , különösen az elektromos ellenállás hőmérséklettől való függésének mérésére [1] . Az akkoriban létező klasszikus elméletek [2] szerint az ellenállásnak simán csökkennie kellett volna a hőmérséklet csökkenésével, de volt olyan vélemény is, hogy túl alacsony hőmérsékleten az elektronok gyakorlatilag leállnak, a fém pedig teljesen megszűnik az áramvezetés. A Kamerling-Onnes által asszisztenseivel, Cornelis Dorsmannal és Gilles Holsttal végzett kísérletek kezdetben megerősítették azt a következtetést, hogy az ellenállás fokozatosan alábbhagyott. 1911. április 8-án azonban váratlanul felfedezte, hogy 3 Kelvin (kb. -270 °C) hőmérsékleten a higany elektromos ellenállása gyakorlatilag nulla. A következő kísérlet, amelyet május 11-én végeztek, azt mutatta, hogy az ellenállás éles csökkenése nullához körülbelül 4,2 K hőmérsékleten történik (későbbi pontosabb mérések ezt a hőmérsékletet 4,15 K-nek mutatták). Ez a hatás teljesen váratlan volt, és nem magyarázható az akkori elméletekkel.

1912- ben további két fémet fedeztek fel, amelyek alacsony hőmérsékleten szupravezető állapotba kerülnek: ólmot és ónt . 1914 januárjában kimutatták, hogy a szupravezető képességet tönkretette egy erős mágneses tér . 1919 - ben megállapították, hogy a tallium és az urán is szupravezető [3] [4] .

A zéró ellenállás nem az egyetlen jellemzője a szupravezetőknek. Az egyik fő különbség a szupravezetők és az ideális vezetők között a Meissner-effektus , amelyet Walter Meissner és Robert Oksenfeld fedezett fel 1933 -ban .

A szupravezetés első elméleti magyarázatát Fritz és Heinz London fivérek adták 1935 -ben . V. L. Ginzburg és L. D. Landau egy általánosabb elméletet állított fel 1950 -ben . Széles körben elterjedt, és Ginzburg-Landau elméletként ismert . Ezek az elméletek azonban fenomenológiai jellegűek voltak, és nem tárták fel a szupravezetés részletes mechanizmusait. A szupravezetést először 1957 -ben John Bardeen , Leon Cooper és John Schrieffer amerikai fizikusok magyarázták mikroszkopikus szinten . A BCS (Bardeen-Cooper-Schrieffer) elméletnek nevezett elméletük központi eleme az úgynevezett Cooper elektronpárok .

Később kiderült, hogy a szupravezetőket két nagy családra osztják: az I. típusú szupravezetőkre (különösen a higany tartozik hozzájuk) és a II. típusúra (amelyek általában különböző fémek ötvözetei). L. V. Shubnikov munkája az 1930-as években és A. A. Abrikosov az 1950-es években jelentős szerepet játszott a II. típusú szupravezetés felfedezésében .

A nagy teljesítményű elektromágnesek gyakorlati alkalmazása szempontjából nagy jelentőséggel bírt az 1950-es években olyan szupravezetők felfedezése, amelyek képesek ellenállni az erős mágneses mezőknek és átengedni a nagy áramsűrűséget . Így 1960 -ban J. Künzler vezetésével felfedezték az Nb 3 Sn anyagot, amelyből a vezeték 4,2 K hőmérsékleten akár 100 kA / cm² sűrűségű áramot is képes továbbítani . 8,8 T mágneses tér .

1962- ben Brian Josephson angol fizikus felfedezte (később róla nevezték el) a két szupravezetőt elválasztó vékony dielektromos rétegen átfolyó szupravezető áram hatását .

1986- ban Karl Müller és Georg Bednorz felfedezett egy új típusú szupravezetőt, az úgynevezett magas hőmérsékletet [5] . 1987 elején kimutatták, hogy a lantán , stroncium , réz és oxigén vegyületeinek (La-Sr-Cu-O) ellenállása 36 K hőmérsékleten majdnem nullára ugrott. 1987 márciusának elején először szupravezető a forrásban lévő folyékony nitrogén (77,4 K) hőmérsékletét meghaladó hőmérsékleten nyertük : azt találták, hogy az ittrium , bárium , réz és oxigén vegyülete (Y-Ba-Cu-O) rendelkezik ezzel a tulajdonsággal. 2006. január 1-jén a rekord a 2003-ban felfedezett Hg-Ba-Ca-Cu-O(F) kerámiavegyületé, amelynek kritikus hőmérséklete 138 K. Ráadásul 400 kbar nyomáson ugyanez a vegyület 166 K-ig terjedő hőmérsékleten szupravezető [6] .

2015-ben új rekordot döntöttek a szupravezető képesség elérésének hőmérsékletében. A H 2 S ( hidrogén-szulfid ) esetében 100 GPa nyomáson szupravezető átmenetet regisztráltunk 203 K (-70 °C) hőmérsékleten [7] [8] .

2017- ben fedezték fel a két egymáshoz képest 1,1 fokos szögben elforgatott atomréteg vastagságú grafén szupravezető képességének jelenségét [9] .

2019-ben a lantán - hidrid LaH1₀ szupravezető képességét –23 °C-on (250 K) és az alatti hőmérsékleten, 188 GPa nyomáson érték el. Ebben az esetben hiszterézist figyeltek meg: a hőmérséklet 245 K fölé emelkedésével a LaH₂₀ szupravezető képessége eltűnt [10] [11] . Ezen kívül a Kristálytani Intézetben. Shubnikov szupravezetést kapott YH6 ittrium -hidridben 224 K hőmérsékleten 166 GPa és 218 K hőmérsékleten 165 GPa nyomáson (2020 februárjában a munkát nem vizsgálták felül). Az ilyen hidridekben a szupravezetés hatása a kristályszerkezetnek köszönhető, amelyben a hidrogénatomok „beburkolnak” nehezebb atomokat, amelyek meghatározzák a kristályrács szerkezetét, és ilyen szerkezetben nem akadályozzák meg a Bose-Einstein kondenzátum kialakulását . A számítások szerint a terner hidridek is ígéretesek: például a Li2MgH16 átmeneti hőmérséklete a szupravezető képességre 473 K legyen 2,5 Mbar nyomáson [11] [12] .

Osztályozás

A szupravezetők osztályozásának számos kritériuma van. Íme a főbbek:

Szupravezetők tulajdonságai

Nulla elektromos ellenállás

Egyenáram esetén a szupravezető elektromos ellenállása nulla. Ezt egy kísérlet során mutatták be, ahol egy zárt szupravezetőben elektromos áramot indukáltak, ami 2,5 évig csillapítás nélkül áramlott benne (a kísérletet megszakította a kriogén folyadékot hozó munkások sztrájkja).

Szupravezetők nagyfrekvenciás mezőben

Szigorúan véve az az állítás, hogy a szupravezetők ellenállása nulla, csak az egyenáramra igaz . Változó elektromos térben a szupravezető ellenállása különbözik a nullától, és a térfrekvencia növekedésével növekszik. Ezt a hatást a szupravezető kétfolyadékos modelljének nyelvén azzal magyarázzák, hogy az elektronok szupravezető hányadával együtt jelen vannak a közönséges elektronok is, amelyek száma azonban kicsi. Ha egy szupravezetőt állandó térbe helyezünk, ez a mező a szupravezető belsejében eltűnik, mivel ellenkező esetben a szupravezető elektronok a végtelenségig felgyorsulnának, ami lehetetlen. Váltakozó tér esetén azonban a szupravezető belsejében lévő tér nem nulla, és felgyorsítja többek között a normál elektronokat, amelyek mind véges elektromos ellenállással, mind Joule-os hőveszteséggel járnak. Ez a hatás különösen kifejezett olyan fényfrekvenciák esetén, amelyeknél egy kvantum energiája elegendő egy szupravezető elektronnak a normál elektronok csoportjába való átviteléhez. Ez a frekvencia általában az infravörös tartományban található (kb. 10 11 Hz), ezért a látható tartományban a szupravezetők gyakorlatilag nem különböznek a közönséges fémektől [14] .

Fázisátmenet a szupravezető állapotba

A szupravezető állapotba való átmenet hőmérsékleti intervalluma tiszta minták esetén nem haladja meg a Kelvin ezredrészét , ezért  van értelme egy bizonyos Tc értéknek, a szupravezető állapotba való átmenet hőmérsékletének. Ezt az értéket nevezzük kritikus átmeneti hőmérsékletnek . Az átmeneti intervallum szélessége a fém inhomogenitásától, elsősorban a szennyeződések jelenlététől és a belső feszültségektől függ. A jelenleg ismert Tc hőmérséklet a magnézium (Mg) esetében 0,0005 K és a nióbium és germánium intermetallikus vegyülete ( Nb 3 Ge, filmben) 23,2 K között , alacsony hőmérsékleten pedig 39 K a magnézium-diborid ( Mg B 2 ) között szupravezetők ( T c 77 K alatt, a folyékony nitrogén forráspontja), körülbelül 135 K-ig higanyt tartalmazó, magas hőmérsékletű szupravezetők esetén.

Jelenleg a HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8+d (Hg−1223) fázisban van a legmagasabb ismert kritikus hőmérséklet, 135 K, és 350 ezer atmoszféra külső nyomáson az átmeneti hőmérséklet 164 K-re emelkedik, ami csak 19 K-vel alacsonyabb a Föld felszínén természetes körülmények között mért minimális hőmérsékletnél. Így a szupravezetők fejlesztésük során a fémhiganytól (4,15 K) a higanyt tartalmazó, magas hőmérsékletű szupravezetőkig (164 K) váltak. 2000-ben kimutatták, hogy a fent említett higanykerámiák enyhe fluorozása lehetővé teszi a kritikus hőmérséklet normál nyomáson 138 K-ra emelését [15] .

Egy anyag szupravezető állapotba való átmenete együtt jár termikus tulajdonságainak megváltozásával. Ez a változás azonban a vizsgált szupravezető típusától függ. Tehát az Ι típusú szupravezetőknél mágneses tér hiányában a T c átmeneti hőmérsékleten az átmenet (elnyelés vagy felszabadulás) hője eltűnik, és ennek következtében a hőkapacitás megugrik , ami a fázisra jellemző. ΙΙ típusú átmenet . A szupravezető elektronikus alrendszerének hőkapacitásának ilyen hőmérsékletfüggése azt jelzi, hogy az elektronok eloszlásában a szupravezető alapállapota és az elemi gerjesztés szintje között energiarés van. Ha a szupravezető állapotból a normál állapotba való átmenetet az alkalmazott mágneses tér megváltoztatásával hajtjuk végre, akkor hőt kell elnyelni (például ha a minta hőszigetelt, akkor a hőmérséklete csökken). Ez pedig egy Ι-rendű fázisátalakulásnak felel meg. Az ΙΙ típusú szupravezetők esetében a szupravezetőből a normál állapotba való átmenet bármilyen körülmények között ΙΙ típusú fázisátmenet lesz.

Meissner-effektus

A nulla elektromos ellenállásnál még fontosabb tulajdonsága a szupravezetőnek az úgynevezett Meissner -effektus , amely abból áll, hogy állandó mágneses teret kényszerít ki a szupravezetőből. Ebből a kísérleti megfigyelésből arra következtethetünk, hogy a szupravezető felülete közelében csillapítatlan áramok léteznek, amelyek a külső alkalmazott mágneses térrel ellentétes belső mágneses teret hoznak létre és kompenzálják azt.

Egy adott hőmérsékleten kellően erős mágneses tér tönkreteszi az anyag szupravezető állapotát. Kritikus térnek nevezzük azt a H c erősségű mágneses teret , amely adott hőmérsékleten az anyag szupravezető állapotból normál állapotba való átmenetét idézi elő . A szupravezető hőmérsékletének csökkenésével a H c értéke nő. A kritikus mező hőmérsékletfüggését jó pontossággal írja le a kifejezés

,

hol  van a kritikus mező nulla hőmérsékleten. A szupravezetés akkor is megszűnik, ha a kritikusnál nagyobb sűrűségű elektromos áram áthalad a szupravezetőn , mivel ez a kritikusnál nagyobb mágneses teret hoz létre.

A szupravezető állapot tönkretétele mágneses tér hatására eltérő az I. és II. típusú szupravezetők esetében. A II-es típusú szupravezetők esetében a kritikus mezőnek 2 értéke van: H c1 , amelynél a mágneses tér Abrikosov örvények formájában áthatol a szupravezetőn, és H c2  , amelynél a szupravezetés eltűnik.

Little-Parks hatás

1963- ban Little és Parks tudósok felfedezték, hogy egy vékony falú, kis sugarú henger szupravezető állapotba való átmeneti hőmérséklete időszakosan (a fluxuskvantumnak megfelelő periódussal ) a mágneses fluxus nagyságától függ . [16] Ez a hatás a szupravezetés makroszkopikus kvantumtermészetének egyik megnyilvánulása. [17] [18]

Izotópos hatás

A szupravezetők izotóphatása az, hogy a T c hőmérsékletek fordítottan arányosak ugyanazon szupravezető elem izotópjainak atomtömegének négyzetgyökével . Ennek következtében a monoizotóp-készítmények kritikus hőmérsékletükben némileg eltérnek a természetes keveréktől és egymástól [19] .

London Moment

A forgó szupravezető mágneses teret hoz létre , amely pontosan illeszkedik a forgástengelyhez, a keletkező mágneses momentumot " London momentumnak " nevezik. Különösen a " Gravity Probe B " tudományos műholdban használták, ahol négy szupravezető giroszkóp mágneses mezőit mérték a forgástengelyük meghatározására. Mivel a giroszkópok rotorjai szinte tökéletesen sima gömbök voltak , a londoni nyomaték felhasználása azon kevés módok egyike volt a forgástengelyük meghatározására .

London gravitomágneses pillanata

A szupravezető gyűrű forgó és egyben gyorsuló, azaz sebességének növelése gravitációs teret hoz létre . A londoni gravitomágneses nyomatékkal kapcsolatos kísérleteket Martin Taimar, az osztrák ARC Seibersdorf Research cég és Clovis de Matos, az Európai Űrügynökség (ESA) munkatársa végezte 2006-ban. A kísérletezők először mérték meg az ily módon mesterségesen létrehozott gravitomágneses teret . Taimar és de Matos úgy véli, hogy ez a hatás magyarázza meg a korábban nagy pontossággal mért Cooper-párok (ezek elektronok , amelyek vezetőképességet biztosítanak a szupravezetőben) és a papíron kapott azonos tömeg közötti különbség rejtélyét - a kvantumszámítások szerint. elmélet [20] [21] .

A kutatók a kísérletileg felfedezett gravitációs hatást „ gravitomágneses londoni nyomatéknak ” nevezték, analógiája egy hasonló mágneses hatás: a mágneses tér megjelenése a szupravezető forgása során, az úgynevezett „ London momentum ” [22] .

Az így indukált mező 100 milliószor gyengébb volt, mint a Föld gravitációs tere . És bár ezt a hatást az általános relativitáselmélet megjósolta , ez a térerősség 20 nagyságrenddel erősebbnek bizonyult, mint a számított érték [22]

Szupravezetés a biofizikában

A szerves kémiában vannak olyan többatomos molekulák, amelyek úgynevezett konjugált kötéseket tartalmaznak . Ezeket elektronok segítségével hajtják végre, amelyek az egész molekulán belül képesek mozogni, mint az elektronok a fémekben. Az ilyen molekulák kis szupravezetők. Szupravezetési tulajdonságaik egy molekula fénnyel való kölcsönhatásában, a Meissner-effektusban stb. [23]

Szupravezetés neutroncsillagokban

A neutroncsillag magja lehet szupravezető állapotú, kritikus hőmérsékletű K. Ebben az esetben a kötött neutronpárok kötési energiája MeV [23] .

A szupravezetési hatás elméleti magyarázata

Jelenleg nincs teljesen kielégítő mikroszkópos szupravezetési elmélet [24] .

Már a szupravezetés vizsgálatának viszonylag korai szakaszában, mindenesetre a Ginzburg-Landau elmélet megalkotása után nyilvánvalóvá vált, hogy a szupravezetés a vezetési elektronok makroszkopikus számának egyetlen kvantummechanikai állapotba való egyesülésének a következménye. Az ilyen halmazban megkötött elektronok sajátossága, hogy nem tudnak energiát cserélni a ráccsal kis részletekben, kevesebb, mint a kötési energiájuk az együttesben. Ez azt jelenti, hogy amikor az elektronok mozognak a kristályrácsban, az elektronok energiája nem változik, és az anyag nulla ellenállású szupravezetőként viselkedik. A kvantummechanikai megfontolások azt mutatják, hogy ebben az esetben nem szóródik az elektronhullámok a rács termikus rezgései vagy a szennyeződések miatt. Ez pedig az elektromos ellenállás hiányát jelenti. A részecskék ilyen egyesülése fermionok együttesében lehetetlen. Azonos bozonok együttesére jellemző. Az a tény, hogy a szupravezetők elektronjait bozonikus párokká egyesítik, az üreges szupravezető hengerekben "befagyott" mágneses fluxuskvantum nagyságának mérésére irányuló kísérletekből következik. Ezért már a 20. század közepén a szupravezetés elméletének megalkotásának fő feladata az elektronpárosítási mechanizmus kidolgozása volt. Az első elmélet, amely a szupravezetés okainak mikroszkopikus magyarázatának vallotta magát, a Bardeen-Cooper-Schrieffer elmélet volt , amelyet ők alkottak meg az 1950-es években. Ez az elmélet BCS néven egyetemes elismerést kapott, és 1972 -ben Nobel-díjat kapott . Elméletük megalkotásakor a szerzők az izotóphatásra támaszkodtak, vagyis az izotóp tömegének a szupravezető kritikus hőmérsékletére gyakorolt ​​hatására. Úgy vélték, hogy létezése közvetlenül jelzi a szupravezető állapot kialakulását a fononmechanizmus működése miatt .

A BCS elmélet néhány kérdést megválaszolatlanul hagyott. Ennek alapján lehetetlennek bizonyult a fő probléma megoldása - megmagyarázni, hogy bizonyos szupravezetők miért rendelkeznek egyik vagy másik kritikus hőmérséklettel. Ezenkívül az izotópszubsztitúciókkal végzett további kísérletek azt mutatták, hogy a fémekben lévő ionok nullponti rezgésének anharmonikussága miatt az ion tömege közvetlen hatással van a rácsban lévő ionközi távolságokra, és ezáltal közvetlenül az ionok értékére . a fém Fermi-energiája . Ezért világossá vált, hogy az izotóphatás megléte nem a fononmechanizmus bizonyítéka, mivel az egyetlen lehetséges, amely felelős az elektronok párosításáért és a szupravezetés megjelenéséért. A BCS elmélettel való elégedetlenség a későbbi években más modellek, például spin-fluktuációs modell és bipoláris modell létrehozására irányuló kísérletekhez vezetett. Azonban bár különféle mechanizmusokat fontolgattak az elektronok párokká egyesítésére, ezek a fejlesztések sem vezettek előrelépéshez a szupravezetés jelenségének megértésében.

A BCS elmélet fő problémája a magas hőmérsékletű szupravezetés megléte , amely nem írható le ezzel az elmélettel.

A szupravezetés alkalmazásai

Jelentős előrelépés történt a magas hőmérsékletű szupravezetés elérése terén . A cermet alapján például az YBa 2 Cu 3 O x összetétele alapján olyan anyagokat kapnak, amelyeknél a szupravezető állapotba való átmenet T c hőmérséklete meghaladja a 77 K értéket (a nitrogén cseppfolyósításának hőmérséklete ). Sajnos szinte minden magas hőmérsékletű szupravezető technológiailag nem fejlett (törékeny, nem rendelkezik stabil tulajdonságokkal stb.), aminek következtében a nióbiumötvözet alapú szupravezetőket továbbra is elsősorban a technikában alkalmazzák.

A szupravezetés jelenségét erős mágneses mezők előállítására használják (például ciklotronokban), mivel nincs hőveszteség a szupravezetőn áthaladó erős áramok során, amelyek erős mágneses tereket hoznak létre. Tekintettel azonban arra, hogy a mágneses tér tönkreteszi a szupravezetés állapotát, erős mágneses terek előállítására úgynevezett mágneses mezőket használnak. a második típusú szupravezetők, amelyekben lehetséges a szupravezetés és a mágneses tér együttélése. Az ilyen szupravezetőkben a mágneses tér vékony normál fémszálak megjelenését idézi elő, amelyek áthatolnak a mintán, amelyek mindegyike mágneses fluxus kvantumát hordozza ( Abrikosov-örvények ). A szálak közötti anyag szupravezető marad. Mivel a II-es típusú szupravezetőben nincs teljes Meissner-effektus, a szupravezetés a H c 2 mágneses tér sokkal magasabb értékeiig létezik . A szupravezető mágnesek gyártásának technológiájában főként a következő szupravezetőket használják:

Összetett Tc , K j c , A/cm 2 (T), 4,2 K-en B c , T (T, K)
NbTi 9,5-10,5 (3–8)⋅10 4 (5) 12,5–16,5 (1,2)
12 (4,2)
Nb 3 Sn 18,1-18,5 (1–8)⋅10 5 (0) 24,5-28 (0)
NbN 14,5—17,8 (2–5)⋅10 7 (18) 25 (1,2)
8-13 (4,2)

Vannak szupravezető alapú fotondetektorok . Vannak, akik kritikus áram jelenlétét használják, ők használják a Josephson-effektust , az Andreev-reflexiót stb. Így léteznek szupravezető egyfoton-detektorok (SSPD) [25] az infravörös tartományban lévő egyes fotonok detektálására, amelyek számos tulajdonsággal rendelkeznek. Előnyök a hasonló hatótávolságú detektorokkal szemben ( PMT stb.) más regisztrációs módszerekkel.

A legelterjedtebb, nem szupravezető (első négy) és szupravezető (utóbbi három) IR detektorok összehasonlító jellemzői:

A detektor típusa Maximális számlálási sebesség, s −1 Kvantumhatékonyság, % , s− 1 [26] NEP, W [27]
InGaAs PFD5W1KSF APS (Fujitsu) 1⋅10 6 ≈20 ≈6⋅10 3 ≈1⋅10 -17
R5509-43 PMT (Hamamatsu) 9⋅10 6 egy 1,6⋅10 4 ≈1⋅10 -16
Si APD SPCM-AQR-16 (EG\&G) 5⋅10 6 0,01 ≈1⋅10 -16 -
Mepsicron II (Quantar) 1⋅10 6 0,001 0.1 -
STJ 5⋅10 3 60 - -
TES 5⋅10 3 90 kevesebb, mint 1⋅10 -3 kevesebb, mint 1⋅10 -19
SSPD 7⋅10 7 harminc kevesebb, mint 1⋅10 -3 6⋅10 -18

A II-es típusú szupravezetőkben lévő örvények memóriacellaként használhatók. Néhány mágneses szoliton már talált hasonló alkalmazást . Vannak bonyolultabb két- és háromdimenziós, folyadékok örvényeire emlékeztető mágneses szolitonok is, csak az áramvonalak szerepét játsszák bennük azok a vonalak, amelyek mentén elemi mágnesek (tartományok) sorakoznak fel.

Az egyenáram szupravezetőn való áthaladása során fellépő fűtési veszteségek hiánya vonzóvá teszi a szupravezető kábelek alkalmazását az elektromos áram szállítására, mivel egyetlen vékony földalatti kábel képes áramot továbbítani, amihez a hagyományos módszer szerint egy elektromos vezetékes áramkör szükséges. több sokkal nagyobb vastagságú kábel. A széleskörű elterjedést akadályozó probléma a kábelek költsége és karbantartása – a folyékony nitrogént folyamatosan át kell szivattyúzni a szupravezető vezetékeken. Az első kereskedelmi szupravezető távvezetéket az American Superconductor üzembe helyezte a New York állambeli Long Islanden 2008 júniusának végén [28] . A dél-koreai energiarendszerek 2015-ig 3000 km teljes hosszúságú szupravezető vezetékeket kívántak létrehozni [29] .

Egy fontos alkalmazás található a miniatűr szupravezető gyűrűs eszközökben - SQUID -okban , amelyek működése a mágneses fluxus és a feszültség változásai közötti kapcsolaton alapul. Részei szuperérzékeny magnetométereknek, amelyek a Föld mágneses terét mérik , és az orvostudományban is használják különféle szervek magnetogramjának előállítására [30] .

Szupravezetőket is használnak a maglevekben .

A szupravezető állapotba való átmenet hőmérsékletének a mágneses tér nagyságától való függésének jelenségét a kriotronokban  - szabályozott ellenállásokban - használják.

A Szovjetunióban az 1980-as évek elején KGT-20 és KGT-1000 turbógenerátorokat hoztak létre szupravezetők alapján [31] , [32] . Később a Leningrádi Villamosmérnöki Intézetben létrehozták a világ első 20 MW teljesítményű kriogén turbógenerátorát (a tesztelés befejezése után bekerült Leningrád energiarendszerébe) [33] .

Ígéretes irány a szupravezető elektromos gépek létrehozása .

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Kamerlingh Onnes H.  // Kommunikáció Leiden. - 1911. - P. 81-83. Archiválva az eredetiből 2021. január 27-én.
  2. ↑ A szupravezetés felfedezése Archiválva : 2012. október 27. a Wayback Machine -nél  – egy fejezet J. Trigg "Physics of the 20th Century: Key Experiments" című könyvéből
  3. ↑ Dirk van Delft és Peter Kes. A szupravezetés felfedezése  (angol)  // Physics Today . - 2010. - 20. évf. 63. - P. 38-43 .  (nem elérhető link)
  4. ↑ Alekszej Levin. századik évfordulóját ünnepli a szupravezetés . Elements.ru (2011. április 8.). Letöltve: 2011. április 8. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 23..
  5. ↑ V. L. Ginzburg , E. A. Andryushin. 1. fejezet A szupravezetés felfedezése // Szupravezetés . — 2. kiadás, átdolgozva és kiegészítve. - Alfa-M, 2006. - 112 p. - 3000 példányban.  — ISBN 5-98281-088-6 . Archivált : 2011. szeptember 13. a Wayback Machine -nél
  6. ↑ V. L. Ginzburg , E. A. Andryushin. 5. fejezet Szupravezetés csillag // Szupravezetés . — 2. kiadás, átdolgozva és bővítve. - Alfa-M, 2006. - 112 p. - 3000 példányban.  — ISBN 5-98281-088-6 . Archiválva : 2014. július 2. a Wayback Machine -nél
  7. ↑ A. P. Drozdov, M. I. Eremets, I. A. Troyan, V. Ksenofontov, S. I. Shylin. Hagyományos szupravezetés 203 kelvinnél nagy nyomáson a kén-hidrid  rendszerben  // Természet . - 2015. - doi : 10.1038/természet14964 .
  8. ↑ A szakértők megerősítették a közönséges kénhidrogén szupravezető képességét , N + 1  (2015. augusztus 18.). Az eredetiből archiválva : 2015. október 1. Letöltve: 2015. augusztus 22.
  9. ↑ 1 2 Yuan Cao, Valla Fatemi, Shiang Fang, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Efthimios Kaxiras és Pablo Jarillo-Herrero Rendhagyó szupravezetés a varázsszögű grafén szuperrácsokban Archiválva : 2019. február 8., Machines 6 , oldal // 5. oldal a Naturebacknél 43-50, (2018. április 5.)
  10. ↑ Somayazulu, Maddury. Bizonyítékok lantán-szuperhidrid 260 K feletti szupravezetésére megabar nyomáson: [ eng. ]  / Maddury Somayazulu, Muhtar Ahart, Ajay K. Mishra … [ et al. ] // Physical Review Letters. - 2019. - 1. évf. 122. sz. 2 (január 14.). - Művészet. 027001. - doi : 10.1103/PhysRevLett.122.027001 .
  11. ↑ 1 2 Korzhimanov, A. 2019 eredményei a fizikában // Elemek. - 2020. - február 12. — [ Videó a YouTube - on 42:10 42:10-59:10 kezdéssel].
  12. ↑ Bi, Tiange. A szupravezetés keresése a nagynyomású hidridekben ]  / Tiange Bi, Niloofar Zarifi, Tyson Terpstra … [ et al. ] // ScienceDirect. - 2019. - febr. - arXiv : 1806.00163 . - doi : 10.1016/B978-0-12-409547-2.11435-0 .
  13. ↑ Szupravezetés és szuperfluiditás, 1978 , p. 129.
  14. ↑ Sivukhin D. V. § 80. Szupravezetők és mágneses tulajdonságaik // A fizika általános tantárgya. - M . : Nauka , 1977. - T. III. Elektromosság. - S. 333. - 688 p.
  15. ↑ A kémia fejlődése. - 2000. - T.69, 1. szám 3-40
  16. ↑ W. A. ​​​​Little és R. D. Parks, Physical Review Letters, 9. kötet, 9. oldal, (1962).
  17. ↑ M. Tinkham, Phys. Rev. 1963, 129, 2413. o
  18. ↑ M. Tinkham, Bevezetés a szupravezetésbe. Atomizdat M.1980
  19. ↑ Szupravezetés és szuperfluiditás, 1978 , p. húsz.
  20. ↑ Az általános relativitáselmélet új tesztje felé? . Archiválva az eredetiből 2017. január 1-jén. Letöltve: 2017. június 7.
  21. ↑ M. Tajmar, F. Plesescu, K. Marhold, CJ de Matos. A gravitomágneses londoni pillanat kísérleti észlelése  // arXiv:gr-qc/0603033. — 2006-03-09. Archiválva az eredetiből 2017. július 22-én.
  22. ↑ 1 2 európai végzett kísérleteket a mesterséges gravitációval . www.membrana.ru. Letöltve: 2017. június 7. Az eredetiből archiválva : 2017. május 3.
  23. ↑ 1 2 Kresin V. Z. A szupravezetésről // Iskolások a modern fizikáról. Szilárdtestfizika. - M., Felvilágosodás , 1975. - Példányszám 100 000 példány. - Val vel. 37-38
  24. ↑ Alacsony hőmérsékletek fizikája, 1963 , p. 151.
  25. ↑ SCONTEL-termékek (lefelé irányuló kapcsolat) . Letöltve: 2009. szeptember 12. Az eredetiből archiválva : 2009. szeptember 14.. 
  26. ↑ Az érzékelő aktiválások száma sugárzás hiányában
  27. ↑ NEP (zaj-ekvivalens teljesítmény) - egyenértékű zajteljesítmény. Az ekvivalens zajteljesítmény alatt a fotodetektorra beeső fényáram ingadozási teljesítményének négyzetes középértékét értjük, amelynél a fotodetektorban belső zaj hiányában áramingadozások lépnének fel, a megfigyelt ingadozásoknak megfelelően belső zaj.
  28. ↑ Monica Heger. A szupravezetők belépnek a kereskedelmi közüzemi szolgáltatásba . IEEE spektrum . Hozzáférés dátuma: 2012. január 19. Az eredetiből archiválva : 2010. február 14.
  29. ↑ Joseph Milton. A szupravezetők nagykorúak . Természet-hírek . Hozzáférés dátuma: 2012. január 19. Az eredetiből archiválva : 2010. október 9..
  30. ↑ Ginzburg V. L. , Andryushin E. A. A gyenge szupravezetés alkalmazása - SQUID- ok // Szupravezetés. - M . : Pedagógia , 1990. - S. 92-95. — 112 p. - ( Tudósok - az iskolásnak ). — ISBN 5715503051 .
  31. ↑ Glebov, 1981 .
  32. ↑ Antonov, 2013 .
  33. ↑ E. Druzhinina. A szupravezetés csodái (mondja I. Glebov akadémikus) // "Vörös csillag", 1988. március 4. 4. o.

Irodalom

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák