Metal dielektrik katmanların oda sıcaklığında süper iletkenlik. Oda sıcaklığında çalışarak elde edilen süperiletken

Doğada her şey, bir insanın düşüncesinde varsaydığından çok daha basit düzenlenmiştir. Örneğin, herkes şu soruyla eziyet çekiyor - nedir? süper iletkenlik? neden ortaya çıkıyor iletkenler Yalnızca Düşük sıcaklık ? Ve üçüncü soru - mümkün mü oda süper iletkenliği? Bunu birlikte düşünelim.

Modern mıknatısların imalatında, gerekli tozların bir karışımı istenilen şekle getirilerek preslenir, daha sonra bir bobine sokulur, bir akım verilir ve mıknatıs hazır hale gelir. Soru şu ki, enerji neden kalıcı bir mıknatısın gövdesinde depolanır? Cevaplamak bu soru ikinci deneyi yapalım. Üzerinde süper iletken halkayı kriyostata sarın ve şarjlı bir kapasitöre bağlayın. İçinden bir akım geçtiğinde, süper iletken akım ve bir mıknatısta olduğu gibi, güçlü bir manyetik alan depolanır ve üzerinde kalır. uzun yıllar... Son sorunun cevabı son derece basit. Akım darbeli kalıcı bir mıknatısta, benzer süper iletken akımlar, sadece bir mıknatısın kutbundaki demir tozu yardımıyla görsel olarak tespit ettiğimiz atom ve etki hacimlerinde ve tüm bunların Curie noktasına kadar oda sıcaklıklarında ve daha yüksek olduğu belirtilmelidir. Mıknatıslar için bu T curie, mıknatıslanmanın kaybolmasının kritik sıcaklığıdır; süper iletken T c, sıradan bir iletkene net bir geçiş sıcaklığıdır.

Bilimsel bilginin gelişiminin ana yolu yoktur. Bazen yeni bir şey keşfeden bir araştırmacı temel yön bilgide, o zamana kadar biriken birkaç deneysel veri nedeniyle onu en basitleştirilmiş biçimde yorumlar. Ayrıca, her zaman doğru olmayan böyle bir form, diğer benzer düşünen insanlar tarafından alınır ve zamanla, teorinin gelişiminin otomatik olarak devam etmesini sağlayan eksikliklerini maskeleyebilecek kadar ayrıntılı ve güçlü bir matematiksel aygıt kazanır. Bu, bir iletkendeki enerjinin yalnızca elektronlar tarafından taşındığı Drude'nin elektronik iletkenliği ile olan şeydir. Böyle bir durumda orijinal, daha doğru pozisyonlara geri dönmek zaten oldukça zor bir mesele haline geliyor; birkaç kuşakla yürütülen eğitim, bizi yalnızca tam bir çıkmaza doğru ilerlemeye zorlar. süper iletkenlik.

Elektrik akımının bir iletken boyunca enerji aktarımı olduğunu kabul edin. Bir elektron, doğası gereği değiştirilemeyen ve genellikle enerji aktarımı için uygun olmayan 1.6.10 -19 Coulomb'luk sabit bir yüke sahip olduğu için iletkenlerde enerji taşıyıcısı olamaz. Bazı nedenlerden dolayı, enerji (pratik tarafından kurulan) artıdan eksiye (bir atomda olduğu gibi - çekirdekten elektronlara) gitmesine rağmen, iletkendeki elektronun eksiden artıya zıt yönde hareket etmesinden kimse rahatsız olmaz. Ayrıca, bir metalde bile elektronun hızının 0,5 mm/sn'yi geçmediği ve bir iletkendeki enerjinin ışık hızında aktarıldığı deneysel olarak doğrulanmıştır. Senkrotron hızlandırıcılarda, bir radyo frekansı elektromanyetik dalgası, elektron demetini hızlandırmak için kendi üzerine çeker, tersi değil. Burada trenin lokomotifinin rolü dalgadadır, elektronlar arabalardır. Ayrıca iletken atomların dış elektronları birbirine bağlıdır. Kimyasal bağlar ancak izin verilen akım hareket ettiğinde iletkenin mekanik özelliklerinin değişmediği ve elektronların yapabildikleri en fazla atomdan atoma atlamak olduğu bilinmektedir. Bir elektron, yalnızca hareketinin gücünde (hızında) enerji depolayabilir ve fren yaparken, bir elektrik ampulünün spiral örneğinde gördüğümüz küçük bir kaotik elektromanyetik ışık dalgası şeklinde bırakabilir. . Aynısı herhangi bir iletkende olur, iletken parlak bir parıltıyla yandığında kısa devre ile netleşir. Ve son şey. Hertz bile elektrik mühendisliğinin şafağında, bir güç hattında basit bir kıvılcım aralığıyla çok net bir şekilde, enerjinin yalnızca teller aracılığıyla değil, esas olarak elektronların yasak olduğu teller arasında aktarıldığını gösterdiği bir deney yaptı. Sıradan bir elektromanyetik dalga burada çalışır. Bütün bunlar inandırıcı değil mi? Sadece bu kadar basit gerçekleri anlamamak, fenomeni anlamamaya yol açtı. süper iletkenlik... Hertz'e göre tellerde ve süper iletkenlerde enerji aktarımı için elektromanyetik dalga nereden geliyor?

Herhangi bir iletkende, yarı iletkende, dış değerlik elektronları üzerindeki dielektrikte, üç güçlü elektromanyetik dalga vardır. Dış elektronlarda böyle başka bir güç yoktur. Birincisi plazma elektronu, kısacası plazma elektroniğidir. Fiziksel olarak, aynı yüklerin Coulomb tarafından itilmesi nedeniyle elektronik bir "ezilme"dir. Büyüklükte, enerjisi bir ila birkaç elektron volt arasında değişir. Karakteristik enerji kaybı ile deneyimden belirlenir. Pratikte, yığın plazma-elektron salınımları ile yığın salınımlardan yaklaşık iki kök daha az olan yüzey salınımları arasında bir ayrım yapılır.

rnrnrn rnrnrn rnrnrn

Dış elektronlar üzerindeki ikinci elektromanyetik dalga Fermi enerjisidir. İddiaya göre hiçbir yerde deneysel olarak belirlenmemiştir, bu nedenle onunla ilgili fabrikasyonlar çok çeşitlidir. Aslında bu, herhangi bir atomun çekirdek etrafındaki dış elektronunun dönme enerjisidir ve başka bir şey değildir ve elektron Fermi enerjisini çekirdekten alır, aynı zamanda kesinlikle belirli bir frekans(E f = hP, burada h Planck sabitidir, ƒ frekanstır) ve elektronlar aynı olduğu için plazma-elektron enerjisinin yanında bulunur - dış atomlar. Optik spektroskopide herhangi bir maddedeki plazma elektronunun ve fermi enerjisinin enerji konumu, eksitonların (spektroskopide çift tepeli enerji patlaması) bulunduğu temel absorpsiyon kenarıdır (veya temel absorpsiyon kenarı). Alüminyum için 1,55 eV, bakır için 2,2 eV, itriyum seramikler için 1,95 eV. Enerjiler her zaman yakındır, ancak hiçbir zaman birbirinin aynısı endüktif olarak bağlanmış devreler gibi birleşmezler. Devreler frekanslarıyla ışınlanırsa, bağlantı nedeniyle frekans bir devrede düşer ve diğerinde yükselir. Ve dış elektronların ışınlanması birdir - çekirdekten. Bazı nedenlerden dolayı metallerin fermi enerjisinin plazma elektron enerjisinden biraz daha düşük olduğuna ve yarı iletkenlerin ve dielektriklerin fermi enerjisinin plazma enerjisinden daha yüksek olduğuna dikkat edin. Metallerin iyi iletken olmaları nedeniyle sıfır enerjiye doğru bir dizi oldukça güçlü yan frekanslara sahip olmasının tek nedeni budur. Ve yarı iletkenlerde ve dielektriklerde, aksine, düşük frekanslı yanal olanlar küçük boyutlara (Stokes frekansları) düşer ve yüksek frekanslı olanlar güçlendirilir (Stokes karşıtı olanlar), bu nedenle elektriği iyi iletmezler. Bir sarsıntı ile üretilen bu iki enerjinin büyüklüğündeki yer değişikliği, Dielektrik-Metal geçişini açıklar.

Üçüncü elektromanyetik dalga plazma iyonudur (iyon-plazma). Atomların (fononların) her türlü termal titreşiminin genelleştirici bir elementidir. Tüm maddelerde, açıkça tanımlanmıştır Raman saçılması Sveta. Plazma iyonunun "yönlendirdiğini" unutmayın. bütün takım maddelerdeki (fononlar) atom kafesinin çeşitli termal titreşimleri, bu enerjideki herhangi bir değişiklik, değerlerinde bir değişiklik gerektirir. Bu bölümde, boyuna akustik titreşimlerin (bir iletkendeki olağan ses hızı) iyonik plazmaya bağımlılığına özellikle dikkat edilmelidir. İyon-plazma dalgasının enerjisi 0.1 eV'yi geçmez ve buna göre frekansı elektron dalgalarına kıyasla düşüktür.

İletkenlerdeki, yarı iletkenlerdeki ve dielektriklerdeki üç elektromanyetik dalganın tümü, doğal olarak tek bir dalga oluşturur. Sakin bir maddede duran bir dalga gibi görünür. Güç hattındaki bu tek dalga bize Hertz tarafından basit bir kıvılcım aralığı ile gösterildi ve şimdi fiziksel odadaki her okul çocuğu ve yüksek voltajlı güç hattının altına girmek isteyen herkes ona bir neon lamba ile bakabilir. Herhangi bir nötrlük ihlali durumunda, iletkendeki elektronların yanlışlıkla yer değiştirmesi nedeniyle bile, tek bir dalga ihlali ortadan kaldırmak için acele eder ve elektronları yerlerine sürükleyerek apartmandaki bir hostes gibi düzeni yeniden sağlar. Elektronların işleri düzene koyarken bu hareketi dirençtir, çünkü hareket için tek bir dalgadan (bir senkrotron hızlandırıcısında olduğu gibi) enerji alırlar ve dururlar, fazla enerjiyi kaotik radyasyon - ısı şeklinde serbest bırakırlar. Tek bir dalganın enerjisi, termal elektron emisyonunun miktarı ile zayıflar. Alacak bir şey olmadığında, ayakta durur, hostes dinlenir. Eylemsiz elektronların çekilmesi Tolman-Stewart deneyinde de meydana gelir, ancak bir galvanometre ile yalnızca tek bir dalganın gerilimini, uyarılmasını ölçeriz. Yarı iletkenlerde, tamamen ampirik bir şekilde, tek bir dalgayı nasıl kontrol edeceğimizi biraz öğrendik. Kristalin uçlarına bir voltaj uygulayarak, plazma-elektron ve fermi-enerjilerinin frekans pozisyonunu yaklaşıklığa doğru değiştiririz, bu da direnç değerinin düşmesine neden olur. Her iki enerjiyi de frekansta iterek (artı voltaj uygulaması nedeniyle elektron sayısını azaltarak), transistörün direncini arttırıyoruz. Yarı iletkenler en yakın elektronik enerjilere sahiptir, bu nedenle kontrol edilmeleri daha kolaydır.

Doğada, bu üç elektromanyetik dalganın, iki elektronik - plazma-elektronik ve Fermi - üçüncü iyon-plazma ile bir rezonansı vardır. Fizikte bu gerçek, üç dalgalı rezonans olarak bilinir. Bu durumda, elektronik enerjilerin frekansındaki fark, iyon-plazma frekansı ile çakışmaktadır. Teoriden bilinir; rezonans anında, üç dalganın toplam enerjisi dönüşümlü olarak Fermi'ye, şimdi plazma-elektron, şimdi iyon-plazma dalgalarına pompalanır. Toplam enerji iyon-plazma enerjisine girdiğinde, iletkenlerdeki ısı kapasitesindeki artıştan deneysel olarak görülen atomların termal titreşimlerinin tüm spektrumu uyarılır. Bu anda sesin hızı da artar, bu da atomların ses dalgası tarafından daha yoğun bir şekilde kaydırıldığı ve iletken boyunca kendi aralarında gerildiği anlamına gelir. Atomlar aralarında sıkıştırıldığında, elektronlar da sıkıştırılır, bu da çekirdekten ek enerji aldıkları şeydir, atomların ayrışması anında ise fazla enerjiyi düzensiz bir şekilde değil, parçalar şeklinde bir kütüğe atarlar. tek bir elektromanyetik dalga, ancak zaten birlikte, lazer ilkesine göre frekansı tarafından yönlendirilir. Bu ekleme, yarı iletkenlerde negatif direnç olarak bulunan tek dalga biçimini güçlendirir.

için son derece önemli olan başka bir olağanüstü faktör daha vardır. süper iletkenlik... Doğa, enerjinin bir kısmı ısı oluşumuna harcandığından, atomların kendi aralarındaki akustik sıkıştırma ve boşalma dalgasının kendi içinde oldukça zayıf olduğunu böyle ayarladı. Ancak belirli bir anda atomların çok termal titreşimleriyle ve hatta birkaç kez yoğunlaşabilir. Bu amplifikasyon, yalnızca çok düşük sıcaklıklarda meydana gelen Balistik Salınımlar (fononlar) olarak adlandırılır. Amplifikasyon, yalnızca soğutma sırasında, diğer yönlerin zayıflaması nedeniyle kristalin kesin olarak tanımlanmış eksenleri boyunca, kaotik hareketten belirli yönlere termal titreşimlerin aktarılması anında gerçekleşir. Bu faktör, herhangi bir süperiletken geçişin ana ve başlangıcını belirleyen faktördür. Kristal kafesin özelliklerinden dolayı her süperiletkenin kesinlikle kendi balistik fononları vardır. Bu, yüksek sıcaklık seramiklerinde akım iletkenliğinin keskin bir anizotropisi şeklinde bulundu. Bu titreşimlerin sıcaklık değişimi akustik dalgayı arttırır, elektronları atom çekirdeğine daha güçlü bir şekilde sıkıştırır, bu nedenle elektronlar daha fazla enerji depolar ve önemli ölçüde birleşik güçlendirmek bir elektromanyetik dalga, bir lazerdeki ışığa benzer. Ve ondan, rezonans iyon-plazma enerjisi güçlü şoklar alır ve akustik dalganın tekrar daha fazla çalışmasını sağlar. Bizi depolamaya zorlayan tam teşekküllü bir olumlu geri bildirim oluşur. süper iletken akla gelebilecek herhangi bir akümülatörle kıyaslanamayacak kadar büyük enerjiye sahip depolama cihazları. Bu nedenle, içinde süper iletkenler iki ana uyumlu faktöre sahibiz - dış elektronlar üzerinde güçlü bir tek elektromanyetik dalganın ortaya çıkması ve balistik salınımların meydana gelmesi nedeniyle, yaratılış gelişmiş geri bildirim akustik dalga yoluyla enerji iletişimi. Bu süreçte ek enerji alan elektronlar yörüngelerinde hızlanırlar ve aynı yönde artan akımlara sahip iki iletken gibi, Coulomb itmesine karşı mıknatıslarla bir spin "mandalına" çekilirler. Spin kuvvetleri son derece kısa menzillidir, bu nedenle iki elektronun eşleşmesini sadece 10-12 m mesafelerde sabitler.Eşleştirmenin çifte faydası vardır; eşleştirilmiş elektronlar de Broglie dalgalarıyla tek bir dalganın hareketini engellemez ve ondan enerji çekmez. Ve aynı zamanda, atomların çekirdeklerine sürekli pompalayarak, sarsıntılarla enerji alırlar ve sonra onu güçlendirmek için birlikte tek bir dalgaya pompalarlar. Böyle bir elektron çifti, kimyasal bağ çiftinden farklı olarak, uzayda hemen hemen serbesttir ve kendi akımının kutuplarından dolayı mıknatıslar her zaman dıştan ters döner. manyetik alan, ve dönüşü ile verilen maddenin diamanyetizmasını yaratır (içinde bir karşı akım meydana gelir). Deneysel olarak bulunan tutarlılık uzunluğu süper iletkenler, ve rezonans tek elektromanyetik dalganın uzunluğudur (üç elektromanyetik dalganın eklenmesinden oluşan zarf).

Bu hususları doğrulamak pratikte zor değildir. Oldukça az sayıda madde güçlü bir şekilde bilinmektedir. oda sıcaklığında bile diamanyetizma bu, rezonansla bir şekilde güçlendirilmiş tek bir dalganın zaten orada çalıştığı ve hazır elektron çiftlerinin (örneğin, CuCl, SiC) olduğu anlamına gelir. Böyle bir maddeyi almak, akustik frekansı belirlemek ve balistik fononlar yerine içine yeterli güçte ultrasonik titreşimler uygulamak (iyon-plazma enerjisinin çalışmasını gerçekleştirmek için) gereklidir. Bu eylemle geri bildirim çalışmalarını güçlendireceğiz ve enerji dolaşımını başlatacağız, sonuç olarak oda sıcaklığında yapay süper iletken... Yetersiz ultrasonik güç ile sadece numunenin direnç değerinin değişeceği unutulmamalıdır. Gunn etkisine sahip bazı kristallerin, güçlü elektriksel titreşimlerin yaratıldığı yerde çalışması bu prensibe göre mümkündür. Görünüşe göre, orada, 3 kilovolt'un üzerindeki uygulanan elektrik voltajının etkisinden, oda sıcaklığında aynı balistik salınımlar meydana gelir, ancak bir nedenden dolayı kısa süreli, sadece salınım süresi için. Küçük kristaller üzerindeki ultrason, Fermisaniye süreleri ile lazer darbeleri ile değiştirilebilir.

Yukarıdaki mantığa göre, üretim şeklini ana hatlarıyla belirtebilirsiniz. oda süper iletkeni... Başarılı bir çalışma için güçlü kimyasal bağlara sahip malzeme almak gerekir. ses dalgası, üç elektromanyetik dalganın tümünü belirleyen ve üç dalgalı bir rezonans elde etmek için kristal kafese ağır veya hafif atomlar sokarak cihazlar. Ardından, önce ultrason (veya lazer) ile ses dalgasının geri bildiriminin gücünü ayarlayın ve ardından deney yoluyla heyecan verici balistik titreşimler için bir yöntem geliştirin. Bunun için silisyum karbür uygundur ve gelecekte en iyisi süper iletken malzeme sıradan karbon olacaktır, çünkü pullarında sırasıyla doğadan gelen en güçlü kimyasal bağlar meydana gelir. süper iletkenlik minimum balistik titreşim enerjisi gereklidir.

Sonuç olarak, bir süperiletkenin iç, rezonant üniformadaki diğer tüm malzemelerden farklı olduğunu not ediyoruz. elektromanyetik dalga dış elektronlar üzerinde ve atomların balistik titreşimleriyle (fononlar) birlikte çalışır. Bu, deneysel olarak bulunanlarla kanıtlanmıştır. son zamanlar hacimsel ve yüzeysel yayına süper iletkenlik BB bağlantısı

Gelişime katkınız için çok teşekkür ederim ev bilimi ve Teknoloji!

- elektriğin dirençsiz ve dolayısıyla kayıpsız iletilmesine izin veren bazı malzemelerin benzersiz bir özelliği.

Bu etki ilk olarak 20. yüzyılın başında keşfedilmiş olmasına rağmen uzun zaman almıştır. Gerçek şu ki, ilk süper iletkenler mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda çalıştı ve araştırmacılar onları soğutmak için sıvı helyum kullandı.

Bu alandaki ilk büyük atılım, yaklaşık 25 yıl önce sözde yüksek sıcaklık süper iletkenlerinin keşfiyle gerçekleşti. Adına rağmen, yine de insan bakış açısından çok düşük sıcaklıklara soğutulmaları gerekiyordu. Ancak mühendisler, manyetik rezonans görüntüleme ve parçacık hızlandırıcılar gibi bazı cihazlarda süper iletkenliği kullanmak için sıvı nitrojen kullanmayı öğrendiler.

2013 yılında başlatılan bir dizi çalışma, insanlığı oda sıcaklığında sıfır direnç gösteren iletkenler yaratmaya yaklaştırıyor. Cambridge Üniversitesi'nden bilim adamlarının olayın doğasını ilk kez tanımladığını zaten yazmıştık. Şimdi, Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter'dan (Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie) uluslararası bir fizikçi ekibi, kısa kızılötesi lazer darbeleri kullanarak, oda sıcaklığında bir seramik malzemede süper iletkenliğe neden oldu.

Bilim adamları, YBCO olarak bilinen yaygın yüksek sıcaklık süper iletkeni, itriyum-baryum-bakır oksit ile çalıştılar. Eksi 180 santigrat derecede sıfır direnç etkisi sergiler.

Kristalleri karmaşık bir yapıya sahiptir: ince çift bakır oksit katmanları, baryum, bakır ve oksijen içeren daha kalın ara katmanlarla değişir. Süper iletkenlik, elektronların Cooper çiftleri olarak adlandırılan şekilde birleştiği ince katmanlar arasında meydana gelir. Bu durumda çiftler, çizgi filmlerdeki hayaletlerin duvarlara nüfuz etmesi gibi malzeme katmanlarından geçerler.

Bir yıl önce, Andrea Cavalleri liderliğindeki bir ekip, lazer darbeleriyle YBCO'nun ışınlanmasının olağandışı etkisini keşfetti. Bilim adamları, kısa bir süre için kısa ışık patlamalarının, çift bakır oksit katmanları arasındaki bağları değiştirdiğini varsaydılar. Bununla birlikte, oda sıcaklığında süper iletkenliğin ortaya çıkmasının nedenlerini ancak dünyanın en güçlü X-ışını lazeri (LCLS) olan "ağır topçu" bağlantısından sonra tam olarak anlamak mümkün oldu.

Baş yazar Roman Mankowsky V, "İlk başta, her zamanki gibi, kristal üzerinde tek tek atomların titreşimlerine neden olan bir kızılötesi ışık darbesiyle hareket ettik" diye açıklıyor.

Kızılötesi flaşın yalnızca malzemedeki atomların titreşimlerini başlatmakla kalmayıp, aynı zamanda kristaldeki konumlarını değiştirmelerini sağladığı ortaya çıktı. Sonuç olarak, bakır dioksit katmanları, kendilerini oluşturan atomların çapının yalnızca yüzde birine tekabül eden iki pikometre ile daha kalın hale geldi.

Aynı zamanda, iki bitişik katman arasındaki mesafe aynı mesafe kadar azaltıldı. Bu değişiklikler önemsiz görünebilir, ancak bu küçük yakınsama bile süperiletkenliğin bilim adamları için daha uygun koşullar altında kendini göstermesi için yeterliydi.

Etkisinin saniyenin sadece birkaç milyonda biri kadar sürmesine rağmen, Nature yayınında yayınlanan çalışmanın sonuçları, yeni iletkenler ve uygulama alanlarını genişletmenin yollarını aramaya yardımcı olacaktır.

Şimdi düşük sıcaklıkta soğutma ihtiyacı, süperiletkenliğin yaygın kullanımını ciddi şekilde karmaşıklaştırıyor. Bu önlemlere artık ihtiyaç duyulmadığı gün, gerçek bir teknolojik devrim bizi bekliyor.

Süperiletkenlik, en gizemli, dikkat çekici ve umut verici fenomenlerden biridir. Elektrik direncine sahip olmayan süper iletken malzemeler akımı neredeyse kayıpsız iletebilir ve bu fenomen bazı alanlarda, örneğin nükleer tomografi kurulumları için mıknatıslarda veya parçacık hızlandırıcılarda pratik amaçlar için halihazırda kullanılmaktadır. Bununla birlikte, mevcut süper iletken malzemelerin özelliklerini elde etmek için aşırı düşük sıcaklıklara soğutulması gerekir. Ancak bu yıl ve geçen yıl bilim adamları tarafından yürütülen deneyler, süper iletken teknolojisinin bulunduğu durumu değiştirebilecek bazı beklenmedik sonuçlara yol açtı.

Max Planck Maddenin Yapısı ve Dinamiği Enstitüsü'nden bilim adamları tarafından yönetilen ve en umut verici malzemelerden biri olan yüksek sıcaklık süper iletken bakır-baryum-itriyum oksit (YBa2Cu3O6 + x, YBCO) ile çalışan uluslararası bir bilim adamları ekibi bulundu. bu seramik malzemenin kızılötesi lazer ışığı darbelerine maruz kalması, bu malzemenin bazı atomlarının konumlarını kısaca değiştirmesine neden olur. kristal kafes, süperiletkenliğin etkisinin tezahürünü arttırır.

YBCO bileşiğinin kristalleri çok sıra dışı bir yapıya sahiptir. Bu kristallerin dışında baryum, itriyum ve oksijen içeren ara katmanları kaplayan bir bakır oksit tabakası vardır. Lazer ışığı ile ışınlandığında süper iletkenliğin etkisi tam olarak şu durumlarda gerçekleşir: üst katmanlar Cooper çiftleri olarak adlandırılan yoğun bir elektron çifti oluşumunun olduğu bakır oksitler. Bu çiftler, gözlenen etkilerin kuantum yapısını gösteren tünel etkisi nedeniyle kristalin katmanları arasında hareket edebilir. Ve normal koşullar altında, YBCO kristalleri sadece bu malzemenin kritik noktasının altındaki sıcaklıklarda süper iletken olurlar.

2013 yılında yapılan deneylerde bilim adamları, bir YBCO kristalini yüksek güçlü kızılötesi lazer darbeleriyle aydınlatmanın, malzemenin oda sıcaklığında bile kısa bir süreliğine süper iletken olmasına neden olduğunu buldu. Lazer ışığının, malzemenin katmanları arasındaki yapışmayı etkilediği açıktır, ancak bu etkinin mekanizması hala tam olarak açık değildir. Ve olup bitenlerin tüm ayrıntılarını öğrenmek için bilim adamları, bugüne kadarki en güçlü X-ışını lazeri olan LCLS lazerin yeteneklerine yöneldiler.

"Malzemeye, bazı atomları heyecanlandıran ve oldukça güçlü bir genlikle titreşmelerine neden olan kızılötesi ışık darbeleriyle vurmaya başladık."
- diyor Max Planck Enstitüsü'nden bir fizikçi olan Roman Mankowsky, -"Daha sonra, kristal kafeste meydana gelen yer değiştirmelerin tam değerini ölçmek için kızılötesi lazer darbesinin hemen ardından X-ışını lazer darbesini kullandık."

Elde edilen sonuçlar, kızılötesi ışığın darbesinin yalnızca atomları uyarmakla ve titreştirmekle kalmayıp, etkisinin kristal kafesteki konumdan bir yer değiştirmeye yol açtığını gösterdi. Bu, bakır oksit katmanları ile kristalin diğer katmanları arasındaki mesafeyi çok kısa bir süre için küçülttü ve bu da, aralarındaki kuantum yapışma etkisinin tezahüründe bir artışa yol açtı. Bunun bir sonucu olarak, kristal oda sıcaklığında bir süper iletken haline gelir, ancak bu durumu sadece birkaç pikosaniye sürebilir.

"Sonuçlarımız, bazı değişiklikler yapmamıza ve mevcut yüksek sıcaklık süper iletken teorisini geliştirmemize izin verecek. Ek olarak, verilerimiz, yeni yüksek sıcaklıkta süper iletken malzemeler geliştiren malzeme bilimcilerine paha biçilmez yardım sağlayacaktır. yüksek değer Kritik sıcaklık " - diyor Roman Mankovsky, -"Ve nihayetinde, tüm bunlar, umarım, oda sıcaklığında çalışan ve hiç soğutmaya ihtiyaç duymayan bir süper iletken malzeme hayalinin gerçekleşmesine yol açacaktır. Ve böyle bir malzemenin ortaya çıkması, süperiletkenlik fenomeninden yararlanan çok çeşitli diğer alanlarda birçok atılım sağlayabilir. "

Hamburg'daki Max Planck Enstitüsü'nden bilim adamları tarafından yönetilen uluslararası bir fizikçi ekibi, kristal kafes içindeki tek tek atomları kısa bir süre hareket ettirmek ve böylece süper iletkenliği korumak için lazer darbeleri kullanabildi. Kısa kızılötesi lazer darbeleri, ilk kez bir seramik iletkende oda sıcaklığında süper iletkenliği "tetiklemesine" izin verdi.

Deneydeki fenomen, bir mikrosaniyenin yalnızca birkaç milyonda biri kadar sürer, ancak oda sıcaklığında süperiletkenlik ilkesini anlamak, modern teknolojide devrim yaratacak yeni tip süper iletkenlerin yaratılmasına yardımcı olabilir. çağdaş sorunlar: lazerler veya güç sürücüleri, elektrik motorları ve %100'e yakın verimliliğe sahip jeneratörler, yeni tıbbi cihazlar, küçük ama güçlü mikrodalga yayıcılar vb. gibi enerji yoğun ekipmanlara güç sağlamak için süper güçlü piller oluşturmayı mümkün kılacaktır.

Süper iletkenlik, örneğin NMR tarayıcılarında, parçacık hızlandırıcılarında ve enerji santrallerindeki yüksek güçlü rölelerde halihazırda kullanılmaktadır. Bununla birlikte, modern süper iletkenler kriyojenik soğutma gerektirir: metal -273 santigrat dereceye kadar ve daha modern seramik -200 santigrat derece. Bunun, özellikle günlük yaşamda süperiletkenliğin yaygın kullanımını büyük ölçüde sınırladığı açıktır.

Ne yazık ki, oluştuğu belirli koşullar nedeniyle, oda sıcaklığında uzun yıllar süper iletkenlik oluşturmak mümkün olmadı. Bu nedenle, en umut verici seramik süper iletkenlerden biri olan YBCO (itriyum-baryum-bakır oksit) özel bir yapıya sahiptir: ince çift bakır oksit katmanları, baryum, bakır ve oksijen içeren daha kalın ara katmanlarla dönüşümlüdür. YBCO'daki süperiletkenlik, elektronların birleşip Cooper çiftlerini oluşturabildiği çift bakır oksit katmanında -180 santigrat derecede meydana gelir. Bu çiftler, farklı katmanlar arasında bir "tünel" oluşturma, yani duvarlardan hayaletler gibi katmanlardan geçme yeteneğine sahiptir. Bu kuantum etkisi sadece belirli bir sıcaklığın altında gözlemlenir.

2013 yılında, Max Planck Enstitüsü'ndeki uluslararası bir ekip, bir IR lazerden gelen kısa süreli darbelerin, oda sıcaklığında çok kısa bir süre için YBCO'da süper iletkenliği indükleyebileceğini keşfetti. Bu fenomenin doğasını anlamak mümkün değildi, yalnızca dünyadaki en güçlü X-ışını lazeri LCLS (ABD) yardımcı oldu, bu da malzemenin atomik yapısını ve ultra kısa süreçleri "görmeyi" mümkün kıldı. Onun yardımıyla, bilim adamları bir dizi karmaşık deney yaptılar ve keşiflerinin sonucunu Nature yayınında yayınladılar.

Görünen o ki, bir kızılötesi lazer darbesi atomları titreştirmekle kalmıyor, aynı zamanda kristaldeki konumlarını da değiştiriyor. Sonuç olarak, çift bakır dioksit katmanı biraz daha kalınlaşır - 2 pikometre veya 0,01 atomik çap. Bu da, kristalin oda sıcaklığında birkaç pikosaniye içinde süper iletken hale geldiği ölçüde çift katmanlar arasındaki kuantum eşleşmesini arttırır.

Oda sıcaklığında süper iletkenlik: Oksijen atomlarının rezonans uyarımı, çift bakır oksit katmanları (tabaka - mavi, bakır sarısı, oksijen kırmızısı) arasında titreşimlere (bulanık konturlar) neden olur. Kısa süreli bir lazer darbesi atomları denge dışına atar, katmanlar arasındaki mesafe azalır ve süperiletkenlik oluşur.

Böylece bilim adamları, oda sıcaklığında çalışan süper iletkenler yaratmanın potansiyel bir yolunu keşfettiler. Teori ticari bir teknolojiye dönüştürülebilirse (ve mevcut düşük sıcaklıklı süper iletkenler söz konusu olduğunda, bu yaklaşık 20 yıl sürdü), o zaman ilerleme ileriye doğru büyük bir sıçrama yapacaktır. Benzinli araba motorları bir anakronizm olacak, bir akıllı telefonun sürekli çalışma süresi saatler olarak değil, aylar içinde, trenlerin ve otobüslerin manyetik bir havada uçan elektrikli uçakları gelişecek.

MOSKOVA, 13 Eylül - RIA Novosti. Alman fizikçiler Advanced Materials dergisinde yayınlanan bir makalede, bireysel grafit taneciklerinin suyla muamele edildikten ve bir fırında pişirildikten sonra oda sıcaklığında süper iletken özellikler sergileyebileceğini ve bunun pratikte normal koşullar altında süper iletkenlik elde etme olasılığını ortaya koyduğunu söylüyorlar.

"Genel olarak, deneyimizin verileri, oda sıcaklığında süper iletkenliğin mümkün olduğunu ve kullandığımız yöntemlerin, görünümü insanlık için hala değerlendirilmesi zor olan yeni nesil süper iletkenlerin önünü açabileceğini gösteriyor" dedi. Leipzig Üniversitesi'nden (Almanya) fizikçi Pablo Escuinatsi ( Pablo Esquinazi) grubunun başkanı.

Esquinatsi ve meslektaşları araştırdı fiziksel özellikler grafit ve diğer karbon formları. Bir deneyde bilim adamları, suyla dolu bir test tüpüne grafit tozu döktüler, karıştırdılar ve 24 saat boyunca yalnız bıraktılar. Bundan sonra fizikçiler grafiti süzdüler ve 100 derecelik bir sıcaklıktaki bir fırında kuruttular.

Sonuç olarak, bilim adamları son derece ilginç fiziksel özelliklere sahip bir dizi grafit granül elde ettiler. Bu nedenle, bu tanelerin yüzeyi, 300 derece Kelvin veya 26 derece santigrat sıcaklıkta bile korunan süper iletken özelliklere sahiptir.

Bu, tanelerin içinde karakteristik ani faz geçişlerinin ortaya çıkmasıyla kendini gösterdi. manyetik moment klasik yüksek sıcaklık süper iletkenlerinde bulunur. Fizikçiler, grafitin bu tür malzemelerin diğer iki ana özelliğine sahip olup olmadığını hiçbir zaman kontrol edemediler: direncin olmaması ve Meissner etkisi olarak adlandırılan - manyetik alanın iletken gövdeden tamamen yer değiştirmesi.

Bununla birlikte, etkilerden birinin bile keşfi, yüksek sıcaklıktaki süperiletkenlerin oda sıcaklığında çalışabileceğini gösteriyor.

Ne yazık ki, Esquinatsi ve meslektaşları tarafından elde edilen grafit taneleri " inşa malzemesi"süperiletkenler için. Birincisi, bu etkinin sadece tanelerin yüzeyinde gözlemlenmesinden dolayı grafitin kütlesinin sadece %0,0001'i süperiletkenlik özelliklerine sahiptir. İkincisi, grafitin bu formu son derece kırılgandır ve tanelerin fiziksel özellikleri çok kırılgandır. en ufak bir deformasyonda bile geri dönülemez şekilde kaybolur.

Sonraki çalışmalarında fizikçiler, tanelerin yüzeyini ve bir "su banyosu" ve ardından kuruduktan sonra yüzeylerinde kalan hidrojen atomlarının rolünü incelemeyi planlıyorlar. Ayrıca Esquinatsi ve meslektaşları, bu tür tahılların sıfır dirençli olup olmadığını ve içlerinde Meissner etkisinin oluşup oluşmadığını test edecekler.