Хэрэв бид өндөр температурт хэт дамжуулагчийг олж авбал яах вэ? Итгэл найдварын хэлхээ холбоо

Алдагдалгүй дамжуулах шугамууд, бага температурт цахилгааны инженерчлэл, супер цахилгаан соронзон, эцэст нь термоядролын реактор дахь сая сая градусын плазмыг зөөлөн шахаж, нам гүм бөгөөд хурдан маглев төмөр зам. Бид супер дамжуулагчдад маш их найдвар тавьж байна ...

Хэт дамжуулалт тэг цахилгаан эсэргүүцэлтэй материаллаг төлөв гэж нэрлэдэг. Энэ нь зарим материалд маш бага температурт хүрдэг. Тэрээр энэхүү квант үзэгдлийг нээсэн Камерлинг Оннес (1) мөнгөн ус, 1911. Сонгодог физик үүнийг тайлбарлаж чадахгүй байна. Эсэргүүцэл тэг байхаас гадна хэт дамжуулагчийн өөр нэг чухал шинж чанар юм соронзон орныг эзэлхүүнээс нь гаргахМэйснерийн эффект гэж нэрлэгддэг (I төрлийн хэт дамжуулагчд) эсвэл соронзон орныг "хуйралт" болгон төвлөрүүлэх (II төрлийн хэт дамжуулагчд).

Ихэнх хэт дамжуулагч нь зөвхөн үнэмлэхүй тэгтэй ойролцоо температурт ажилладаг. Энэ нь 0 Келвин (-273,15 ° C) гэж мэдээлсэн. Атомуудын хөдөлгөөн энэ температурт энэ нь бараг байхгүй. Энэ бол хэт дамжуулагчийн түлхүүр юм. Ер нь электронууд дамжуулагч дотор хөдөлж байгаа нь бусад чичиргээт атомуудтай мөргөлдөж, үүсгэдэг эрчим хүчний алдагдал ба эсэргүүцэл. Гэсэн хэдий ч илүү өндөр температурт хэт дамжуулалт боломжтой гэдгийг бид мэднэ. Цельсийн цельсийн бага температурт, сүүлийн үед нэмэх үед ч ийм нөлөө үзүүлдэг материалыг бид аажмаар олж илрүүлж байна. Гэсэн хэдий ч энэ нь ихэвчлэн хэт өндөр даралттай холбоотой байдаг. Өрөөний температурт асар их даралтгүйгээр энэ технологийг бүтээх нь хамгийн том мөрөөдөл юм.

Хэт дамжуулалтын төлөв байдал үүсэх физик үндэс нь юм ачаа хураагч хос үүсэх - гэж нэрлэгддэг Купер. Ийм хосууд нь ижил энергитэй хоёр электроны нэгдлийн үр дүнд үүсч болно. Ферми энерги, өөрөөр хэлбэл тэдгээрийн хоорондын харилцан үйлчлэлийн энерги маш бага байсан ч нэг элемент нэмсний дараа фермион системийн энерги нэмэгдэх хамгийн бага энерги. Энэ нь материалын цахилгаан шинж чанарыг өөрчилдөг, учир нь нэг тээвэрлэгчид нь фермионууд, хосууд нь бозонууд байдаг.

Хамтран ажиллана тиймээс энэ нь фонон гэж нэрлэгддэг болор торны чичиргээгээр бие биетэйгээ харилцан үйлчилдэг хоёр фермионы (жишээлбэл, электрон) систем юм. Энэ үзэгдлийг тайлбарлав Леона хамтран ажилладаг 1956 онд хийгдсэн бөгөөд бага температурын хэт дамжуулалтын BCS онолын нэг хэсэг юм. Куперын хосыг бүрдүүлдэг фермионууд нь хагас эргэлттэй (эсрэг чиглэлд чиглэгддэг) боловч системийн үр дүнд үүссэн эргэлт нь дүүрэн, өөрөөр хэлбэл Купер хос нь бозон юм.

Тодорхой температурт хэт дамжуулагч нь зарим элементүүд, жишээлбэл, кадми, цагаан тугалга, хөнгөн цагаан, иридий, цагаан алт, бусад нь зөвхөн маш өндөр даралттай (жишээлбэл, хүчилтөрөгч, фосфор, хүхэр, германи, лити) эсвэл хэт дамжуулагчийн төлөвт ордог. нимгэн давхаргын хэлбэр (волфрам, бериллий, хром) ба зарим нь мөнгө, зэс, алт, үнэт хий, устөрөгч зэрэг хэт дамжуулагч биш байж болох ч алт, мөнгө, зэс нь өрөөний температурт хамгийн сайн дамжуулагч юм.

"Өндөр температур" нь маш бага температур шаарддаг

1964 жил Уильям А. Бяцхан өндөр температурт хэт дамжуулагч байх боломжийг санал болгосон органик полимерууд. Энэхүү санал нь BCS-ийн онол дахь фонон-зуучлагч хосолсоноос ялгаатай нь өдөөлтөөр зуучлагдсан электрон хослолт дээр суурилдаг. "Өндөр температурын хэт дамжуулагч" гэсэн нэр томъёог Johannes G. Bednorz, C.A нарын нээсэн перовскит бүтэцтэй керамикийн шинэ гэр бүлийг тодорхойлоход ашигласан. Мюллер 1986 онд Нобелийн шагнал хүртжээ. Эдгээр шинэ керамик хэт дамжуулагчийг (2) лантан, бари, висмут зэрэг бусад элементүүдтэй хольсон зэс, хүчилтөрөгчөөр хийсэн.

2. Хүчтэй соронз дээр эргэлддэг керамик хавтан

Бидний үзэж байгаагаар "өндөр температурын" хэт дамжуулалт маш бага хэвээр байсан. Хэвийн даралтын хувьд хязгаар нь -140 ° C байсан бөгөөд тэр ч байтугай ийм хэт дамжуулагчийг "өндөр температур" гэж нэрлэдэг байв. Устөрөгчийн сульфидын хэт дамжуулалтын температур нь -70 ° C-д маш өндөр даралтанд хүрсэн. Гэсэн хэдий ч өндөр температурт хэт дамжуулагчийг хөргөхөд шингэн гели гэхээсээ илүү харьцангуй хямд шингэн азот шаардлагатай байдаг.

Нөгөөтэйгүүр, энэ нь ихэвчлэн хэврэг керамик бөгөөд цахилгаан системд ашиглахад тийм ч практик биш юм.

зэрэг шалгуурыг хангасан гайхалтай шинэ материалыг нээхийг хүлээж байгаа илүү сайн хувилбар байгаа гэдэгт эрдэмтэд итгэсээр байна. өрөөний температурт хэт дамжуулалтболомжийн, хэрэглэхэд практик. Зарим судалгаанууд нь зэс, хүчилтөрөгчийн атомын давхаргыг агуулсан цогц талст болох зэс дээр төвлөрч байсан. Усанд дэвтээсэн бал чулуу нь тасалгааны температурт хэт дамжуулагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг гэсэн зарим хэвийн бус боловч шинжлэх ухаанчаар тайлбарлагдаагүй тайлангийн судалгааг үргэлжлүүлсээр байна.

Сүүлийн жилүүдэд илүү өндөр температурт хэт дамжуулагчийн салбарт "хувьсгал", "ололт", "шинэ бүлгүүдийн" жинхэнэ урсгал байлаа. 2020 оны 15-р сард тасалгааны температурт (XNUMX ° C-д) хэт дамжуулалт бүртгэгдсэн нүүрстөрөгчийн дисульфидын гидрид (3) гэхдээ ногоон лазераар үүсгэгдсэн маш өндөр даралттай (267 GPa). Өрөөний температур, хэвийн даралтад хэт дамжуулагч байх харьцангуй хямд материал болох Ариун Граил хараахан олдоогүй байна.

3. 15°С-т хэт дамжуулагч нүүрстөрөгчийн суурьтай материал.

Соронзон эриний үүр

Өндөр температурт хэт дамжуулагчийн боломжит хэрэглээг тоолохдоо электроник болон компьютер, логик төхөөрөмж, санах ойн элементүүд, унтраалга ба холболтууд, генератор, өсгөгч, бөөмийн хурдасгуур зэргээс эхэлж болно. Жагсаалтын дараагийнх нь: соронзон орон, хүчдэл эсвэл гүйдлийг хэмжих өндөр мэдрэмжтэй төхөөрөмж, соронзон MRI эмнэлгийн хэрэгсэл, соронзон эрчим хүч хадгалах төхөөрөмж, өргөх сум, хөдөлгүүр, генератор, трансформатор, цахилгаан дамжуулах шугам. Эдгээр мөрөөдлийн хэт дамжуулагч төхөөрөмжүүдийн гол давуу тал нь бага эрчим хүч зарцуулалт, өндөр хурдтай ажиллах явдал юм хэт мэдрэмтгий байдал.

хэт дамжуулагчийн хувьд. Ачаалал ихтэй хотын ойролцоо цахилгаан станцууд ихэвчлэн баригддаг нь учиртай. Бүр 30 хувь. тэдний бүтээсэн Цахилгаан эрчим хүч дамжуулах шугам дээр алдагдаж болно. Энэ нь цахилгаан хэрэгсэлд тохиолддог нийтлэг асуудал юм. Эрчим хүчний ихэнх хэсэг нь халаалтанд ордог. Тиймээс компьютерийн гадаргуугийн нэлээд хэсэг нь хэлхээнээс үүссэн дулааныг гадагшлуулахад тусалдаг хөргөлтийн хэсгүүдэд зориулагдсан байдаг.

Хэт дамжуулагч нь дулааны энергийн алдагдлын асуудлыг шийддэг. Туршилтын нэг хэсэг болгон эрдэмтэд, жишээлбэл, амьжиргаагаа залгуулдаг хэт дамжуулагч цагираг доторх цахилгаан гүйдэл хоёр жил гаруй. Мөн энэ нь нэмэлт эрчим хүчгүй юм.

Гүйдэл зогссон цорын ганц шалтгаан нь гүйдэл цааш урсах боломжгүй байсан биш, харин шингэн гели руу нэвтрэх боломжгүй байсан явдал юм. Бидний хийсэн туршилтууд хэт дамжуулагч материалын гүйдэл хэдэн зуун мянган жилийн турш урсах чадвартай гэдэгт итгэхэд хүргэдэг. Хэт дамжуулагч дахь цахилгаан гүйдэл үүрд урсаж, энергийг үнэ төлбөргүй дамжуулдаг.

в эсэргүүцэл байхгүй Хэт дамжуулагч утсаар асар том гүйдэл урсах бөгөөд энэ нь эргээд гайхалтай хүч чадлын соронзон орон үүсгэдэг. Тэдгээрийг аль хэдийн 4 км/цаг хүртэл хурдлах чадвартай маглев галт тэрэгнүүд (600) хөдөлгөхөд ашиглаж болох бөгөөд үүнд суурилдаг. хэт дамжуулагч соронз. Эсвэл турбинуудыг соронзон орон дотор эргэдэг уламжлалт аргуудыг орлуулж цахилгаан станцуудад ашигла. Хүчирхэг хэт дамжуулагч соронз нь хайлуулах урвалыг удирдахад тусална. Хэт дамжуулагч утас нь батарей биш харин хамгийн тохиромжтой энерги хадгалах төхөөрөмж болж чаддаг бөгөөд систем дэх боломж нь мянга, сая жилийн турш хадгалагдах болно.

Квантын компьютерт та цагийн зүүний дагуу эсвэл цагийн зүүний эсрэг хэт дамжуулагчаар урсаж болно. Усан онгоц, автомашины хөдөлгүүр одоогийнхоос арав дахин бага байх бөгөөд үнэтэй эмнэлгийн оношилгооны MRI аппарат таны гарын алганд багтах байсан. Дэлхийн өргөн уудам цөлийн фермүүдээс цуглуулсан нарны энергийг ямар ч алдагдалгүйгээр хадгалж, дамжуулах боломжтой.

4. Японы маглев галт тэрэг

Физикч, шинжлэх ухааныг алдартай сурталчлагчийн хэлснээр: Какухэт дамжуулагч зэрэг технологиуд шинэ эрин үеийг эхлүүлэх болно. Хэрэв бид цахилгаан эрчим хүчний эрин үед амьдарч байсан бол өрөөний температурт хэт дамжуулагч нь соронзлолын эрин үеийг авчрах байсан.