Каков Сверхпроводник?
Сверхпроводимость - свойство, показанное определенными материалами при очень низких температурах. Материалы, которые, как находят, были суперпроводящими, включают металлы и их сплавы (олово, алюминий, и другие), немного полупроводников, и определенной керамики, известной как cuprates, которые содержат атомы меди и кислорода. Сверхпроводник проводит электричество без устойчивости, уникального свойства. Это также отгоняет магнитные поля отлично в явлении, известном как Эффект Мейснера, теряя любое внутреннее магнитное поле, которое это, возможно, имело прежде, чем быть охлажденным к критической температуре. Из-за этого эффекта определенные сверхпроводники могут быть сделаны всплыть бесконечно выше прочного магнитного поля.
Для большинства материалов сверхпроводимости, критическая температура ниже приблизительно 30 k (30бв•џC выше абсолютного нуля). Но некоторые материалы, названные высокотемпературными сверхпроводниками, делают фазовый переход к сверхпроводимости в намного более высоких критических температурах, обычно выше чем 70 K и иногда столь же высоко как 138 K. Эти материалы - почти всегда керамика тетра-гидрокси-медь(2)-кислого перовскита. Они показывают немного отличающиеся свойства чем другие сверхпроводники, и способ, которым они переходят к сверхпроводимости, все еще не был полностью объяснен. Иногда их называют сверхпроводниками Типа II, чтобы отличить их от обычных сверхпроводников Типа I.
Теория обычных, низкотемпературных сверхпроводников, однако, хорошо понята. В проводнике электроны перекачивают ионную решетку атомов, выпуская часть их энергии в решетку и нагревая материал. Этот поток называют электричеством. Поскольку электроны непрерывно увеличивают против решетки, часть их энергии потеряна, и электрический ток уменьшается в интенсивности, поскольку это едет всюду по проводнику. Это - то, что мы подразумеваем электрическим сопротивлением на проводимости.
В сверхпроводнике плавные электроны затвердевают друг другу в расположениях по имени пары Купера, которые должны получить реальный удар энергии, которая будет сломана обособленно. Электроны в парах Бондаря показывают супержидкие свойства, текущий бесконечно без устойчивости. Чрезвычайный холод сверхпроводника означает, что его атомы органов не вибрируют сильно достаточно, чтобы сломать пары Купера обособленно. Следовательно, пары Бондаря остаются неопределенно связанными друг другу, пока температура остается ниже критического значения.
Электроны в парах Бондаря привлекают друг друга посредством обмена фононами, квантованных единиц вибрации, в пределах вибрирующей решетки материала сверхпроводимости. Электроны не могут сцепиться непосредственно друг другу в способе, которым делают нуклеоны, потому что они не испытывают так называемое сильное взаимодействие , "клей", который скрепляет протоны и нейтроны в ядре. Кроме того, электроны все отрицательно заряжают и следовательно отгоняют друг друга, если они становятся слишком близкими вместе. Однако, каждый электрон немного увеличивает налог атомной решетки, окружающей это, создавая домен чистого положительного заряда, который в свою очередь привлекает другие электроны. Динамика Купера, соединяющегося в обычных сверхпроводниках, была описана математически теорией BCS суперпроводимости, разработанной в 1957 Джоном Бардином, Леоном Купером, и Робертом Шриффером
Поскольку мы продолжаем обнаруживать новые материалы, которые суперпроводят при более высоких температурах, мы приближаем к открытию материала, который интегрирует с нашими энергосистемами и электронными проектами без того, чтобы подвергаться огромным счетам охлаждения. Важное продвижение было сделано в 1986 когда J.G. Bednorz и K.A. Mцв•Єller обнаружил высокотемпературные сверхпроводники, поднимая критическую температуру достаточно, что необходимая неприветливость могла быть достигнута с жидким азотом, а не с дорогим жидким гелием. Если бы мы могли бы обнаружить еще более внушительный высокотемпературный сверхпроводник, возможно стало бы экономически выполнимо передать электроэнергию для очень больших расстояний без любой потери мощности. Множество других приложений существует в ускорителях частиц, двигателях, трансформаторах, хранении власти, магнитных фильтрах, fMRI просмотр, и магнитное поднятие