Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Tajemne przejście fazowe uniemożliwiające nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe

ghost666 22 Dec 2014 18:25 16488 9
  • Tajemne przejście fazowe uniemożliwiające nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe Naukowcom właśnie udało odkryć się pierwszy, bezpośredni dowód na tajemnicze przejście fazowe w materiałach, nazywane pseudo-przerwą, które stoi na drodze do bezproblemowego funkcjonowania nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego.

    Od kilku dziesięcioleci naukowcy próbują osiągnąć nadprzewodnictwo materiałów - zdolność do przenoszenia prądu z 100 procentową efektywnością - w wysokiej (czyt. pokojowej - przyp. tłum.) temperaturze.

    Nadprzewodnictwo ma ogromny potencjał, aby zrewolucjonizować w zasadzie wszystko, co opiera się na elektryczności, od komputerów, poprzez sieć energoelektroniczną, na transporcie drogowym i kolejowym kończąc. Ponieważ w tych materiałach prąd może płynąć bez żadnego oporu, oznacza to wysoką wydajność i niewielkie koszty używania. Jednakże problemem jest wytworzenie nadprzewodnika, mogącego pełnić tą funkcję w temperaturach spotykanych na co dzień.

    W przeszłości myślano, iż nadprzewodnictwo to efekt, który występuje w materiałach jedynie w temperaturze bliskiej zeru absolutnemu (0 K, ok. -273°C), jednakże przez ostatnie dziesięciolecia naukowcom udało się zrealizować nadprzewodzące stopy, funkcjonujące już w temperaturach tak wysokich jak -135°C.

    W tym miesiącu udało się naukowcom zrealizować coś niesamowitego - nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej, ale jedynie na chwilę - efekt ten dało się obserwować jedynie przez (dosłownie!) ułamek sekundy.

    Pomimo wielu sukcesów w tej materii środowisko naukowe zawsze przeczuwało, iż coś stoi na drodze do wysokotemperaturowego nadprzewodnictwa. Teraz naukowcy wiedzą już co to jest! Jest to tajemnicze przejście fazowe znane jako pseudo-przerwa (energetyczna).

    Od 20 lat naukowcy z Uniwersytetu Stanforda i z Narodowego Laboratorium SLAC w USA pracują nad zrozumieniem, czy zaobserwowany efekt pomaga czy przeszkadza w uzyskaniu wysokotemperaturowego nadprzewodnictwa. Wreszcie udało im się zrealizować ten cel, prezentując pierwszy bezpośredni dowód na istnienie tego tajemniczego przejścia fazowego i wykazanie, iż jest ono odpowiedzialne za 'podbierane' elektronów z materiału, które gdyby nie to, sformowałyby pary Coopera odpowiedzialne za zjawisko nadprzewodzenia.

    "Teraz mamy czysty i precyzyjny dowód na to, iż efekt pseudo-przerwy i obserwowane przejście fazowe konkuruje i tłumi nadprzewodnictwo" - mówi Makoto Hashimoto, pierwszy autor publikacji opisującej ten efekt. "Jeśli udałoby się w jakiś sposób usunąć ten efekt lub lepiej zarządzać współzawodnictwem tych efektów, to może możliwe by było wytworzenie materiałów nadprzewodzących w temperaturze pokojowej".

    Współzawodnictwo pomiędzy dwoma opisywanymi fazami zaprezentowane jest na poniższej ilustracji:

    Tajemne przejście fazowe uniemożliwiające nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe
    Ilustracja ta pokazuje skomplikowaną zależność pomiędzy wysokotemperaturowym nadprzewodnictwem (SC) i tajemniczą fazą (PG). Materiały oparte o tlenki miedzi wykazują nadprzewodnictwo, gdy optymalna liczba elektronów zostanie usunięta ze struktury, co pozostawia w materiale pozytywnie naładowane "dziury" i gdy materiał zostanie ochłodzony poniżej temperatury przejścia (niebieska krzywa). Powoduje to, iż pozostałe w materiale elektrony (oznaczone na żółto) parują się, co pozwala na przewodzenie elektryczności z 100% efektywnością. Eksperymenty przeprowadzone w SLAC wykazały, iż faza PG konkuruje z nadprzewodnictwem w szerokim zakresie temperatur, szczególnie przy niższej koncentracji dziur, co pokazane jest jako obszar oznaczony SC+PG. W niższych temperaturach, przy większej koncentracji dziur, nadprzewodnictwo dominuje w materiale.


    Pseudo-przerwa energetyczna została po raz pierwszy bezpośrednio wykryta dzięki zastosowaniu nowej technologii pomiarowej. ARPES, czyli analizowana kątowo spektroskopia fotoemisji, pozwala na wybijanie elektronów z materiału w taki sposób, iż można badać ich zachowanie i na tej podstawie analizować ich zachowanie w materiale.



    Naukowcy badali w ten sposób tlenki miedzi od wielu lat. Materiał ten jest niezwykle interesujący z uwagi na wykazywanie nadprzewodnictwa w temperaturze zaledwie -135°C.

    W stanie nadprzewodzącym elektrony opuszczają swoje pozycje i formują tak zwane pary Coopera, które pozwalają na bezoporowe przewodzenie prądu elektrycznego. Możliwe było zaobserwowanie tego efektu z wykorzystaniem ARPES.

    W połowie lat '90 XX wieku naukowcy odkryli z pomocą ARPES jeszcze jedno dziwne zachowanie. Wyglądało na wykresach podobnie jak nadprzewodnictwo - widać było, iż elektrony opuszczają swoje pozycje i formują pary, jednakże temperatury, przy których to obserwowano były zbyt wysokie, aby mówić o nadprzewodnictwie. Od tego czasu naukowcy zajmowali się badaniem tego zjawiska możliwie dokładnie.

    Aby wreszcie zbadać, co dzieje się w materiale, naukowcy zaczęli badać nie tylko energię i pęd elektronów, ale także ilość elektronów o konkretnych energiach, które emitowane były z materiału. Badania prowadzono w szerokim zakresie temperatur i po zmianie własności materiałów.

    W swoich eksperymentach naukowcy odkryli silny dowód na to, iż w temperaturze przejścia, około -135°C, efekty pseudo-przerwy i nadprzewodnictwo konkurują ze sobą o elektrony pozostałe w materiale. Badania te zostały opublikowane w Nature Materials. Artykuł dostępny jest tutaj.

    "Pseudo-przerwa ma tendencję do 'konsumowania' elektronów, które chciałyby sformować pary Coopera" - tłumaczy Thomas Devereaux, naukowiec, który uczestniczył w projekcie. "Elektrony są zbyt zajęte, aby sformować pary Coopera, co powoduje, iż nie występuje nadprzewodnictwo. To bardzo silny dowód na występowanie współzawodnictwa pomiędzy tymi dwoma efektami".

    Jednakże naukowcy nadal nie wiedzą, co powoduje formowanie pseudo-przerwy, ale ich odkrycie pomoże odpowiedzieć na to pytanie w przyszłości, dając im solidny punkt wyjścia.

    "Możemy teraz modelować współzawodnictwo pomiędzy pseudo-przerwą a nadprzewodnictwem wykorzystując modele teoretyczne, co nie było dotychczas możliwe" - mówi Hashimoto. "Możemy wykorzystać modele teoretyczne do obserwacji tego, co udało nam się zmierzyć i następnie zmieniać zmienne w tych symulacjach i obserwować zachowanie pseudo-przerwy.

    Naukowcy mają nadzieję, iż ich badania pozwolą w przyszłości na stworzenie nadprzewodzących w temperaturze pokojowej materiałów.

    "Współzawodnictwo tych efektów może być tylko jednym z istotnych czynników. Może okazać się, iż zadać trzeba będzie i inne pytanie, na przykład, czy pseudo-przerwa nie jest konieczna do wystąpienia nadprzewodnictwa" - dodaje na koniec Hashimoto.

    Źródła:

    http://www.sciencealert.com/a-mysterious-phas...perature-superconductivity-new-evidence-shows

    http://phys.org/news/2014-12-evidence-mysteri...phase-high-temperature-superconductivity.html

    Cool? Ranking DIY
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 11030 posts with rating 9362, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • #2
    marszalek_duck
    Level 17  
    Quote:
    Tajemne przejście fazowe...


    Powiało grozą :)
  • #3
    ghost666
    Translator, editor
    marszalek_duck wrote:
    Quote:
    Tajemne przejście fazowe...


    Powiało grozą :)


    Czasami trzeba w sobie obudzić literata, a nie tylko inżyniera, pisząc to ;).

    Ale fakt faktem - przejście jest tajemne, bo przez 20 lat nie było wiadomo czy istnieje i co robi, a teraz okazuje się że niczym poltergeist podkrada elektrony ;).
  • #4
    Smokey68
    Level 13  
    ghost666 wrote:
    ... a teraz okazuje się że niczym poltergeist podkrada elektrony ;).


    Nasi tam byli! :P
  • #5
    marasneo
    Level 15  
    W przyszłości, w podręcznikach akademickich z fizyki, będą o owym Tajemniczym Przejściu Fazowym wspominać. I wtedy będzie ono już miało swoją fizycznie uzasadnioną nazwę. Tak było, jest i będzie. Gratulacje dla ich pracy. Dzięki za link do pub.
  • #6
    grzegorz1981
    Level 12  
    ghost666 wrote:
    W przyszłości myślano, iż nadprzewodnictwo to efekt...


    Ratuj się kto może, konfident z przyszłości szaleje po forum ;)
    Pewnie siedzi i knuje różne takie z polecenia Nadszyszkownika Cicho...
    A ja myślałem że podróże w czasie są niemożliwe. :)
    Wesołych Świąt :D

    Dodano po 19 [minuty]:

    Już poprawiono...
    A taką miałem nadzieję że z tymi podróżami to jednak prawda...
  • #7
    Piekny39
    Level 12  
    Trzeba by było zrobić na sztywno i usytuować elektrony, W innych pozycjach niż są normalnie ułożone.
  • #8
    ghost666
    Translator, editor
    Piekny39 wrote:
    Trzeba by było zrobić na sztywno i usytuować elektrony, W innych pozycjach niż są normalnie ułożone.


    Możesz opisać szerzej o co Ci chodzi?
  • #9
    elektryk_pl
    Level 14  
    Na samym początku przygody z wysokotemperaturowym nadprzewodnictwem, kiedy to laboratoria donosiły o kolejnych rekordach wysokości temperatury w której nadprzewodnictwo jest możliwe odnotowałem jedno doniesienie,że w pokojowej temperaturze efekt wystąpił i tylko raz, dla małych bardzo prądów i nie dał się powtórzyć.
    Wiem,że to brzmi jak relacja o UFO z drugiej ręki, ale było takie doniesienie w prasie.
    Internetu wtedy nie było jeszcze.
  • #10
    dp-mion7
    Level 12  
    Nadprzewodnictwo w temp pokojowej by sie bardzo przydało: mozna by zrobić śilne elektromagnesy nie wymagające chłodzenia helem, poza tym nie chcielibyście umiec lewitować.?
    Według modelu Little’a nadprzewodnictwo powinno być możliwe nawet do 1000K. Polecam zainteresowanym poczytać wykład noblowski: W.Ł. Ginzburg – "O nadprzewodnictwie i nadciekłości oraz o „kanonie fizyki” u zarania XXI wieku"