Ανακαλύπτεται μια νέα κατάσταση της ύλης ή ποιο είναι το μυστήριο των παράξενων μετάλλων

Οι επιστήμονες ανακάλυψαν για σχετικά μεγάλο χρονικό διάστημα ότι μάλλον περίπλοκοι συνδυασμοί χαλκού - χαλκού, εμφανίζουν συμπεριφορά διαφορετική από τα κλασικά μέταλλα. Και σύμφωνα με τα αποτελέσματα των πρόσφατων μελετών, οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει μια εντελώς νέα κατάσταση ύλης σε αυτές.

Η χρήση αυτών των υλικών καταδεικνύει ευρείες προοπτικές στο σχηματισμό υπεραγωγών υψηλής θερμοκρασίας, οι οποίες είναι τόσο απαραίτητες από τη σύγχρονη ηλεκτρομηχανική και ολόκληρη τη βιομηχανία στο σύνολό της. Ας δούμε τι είναι τόσο ξεχωριστό για αυτά τα «παράξενα υλικά».

Οι πρώτες ανακαλύψεις αγωγών υψηλής θερμοκρασίας

Ήδη το 1911 η ανακάλυψη της υπεραγωγιμότητας έγινε στην Ολλανδία. Διαπιστώθηκε ότι σε θερμοκρασία μόνο τριών Kelvin, η αντίσταση του υδραργύρου πέφτει στο μηδέν (η ηλεκτρική ενέργεια μεταδίδεται χωρίς απώλεια).

Επιπλέον, αυτό το φαινόμενο παρατηρήθηκε σε άλλα υλικά, αλλά πάντα η θερμοκρασία στην οποία παρατηρήθηκε υπεραγωγιμότητα παρέμεινε εξαιρετικά χαμηλή.

Οι αλλαγές ήρθαν μόνο το 1986. Τότε οι μηχανικοί της IBM δημιούργησαν τον πρώτο υπεραγωγό υψηλής θερμοκρασίας - το cupratlanthane και το βάριο. Για αυτό το Κ. Müller και G. Ο Bednorz έλαβε το βραβείο Νόμπελ.

Οι υπεραγωγοί με ελάχιστη θερμοκρασία 77 Kelvin (αλλά όχι χαμηλότεροι) ονομάζονται υψηλή θερμοκρασία. Αυτή είναι η θερμοκρασία στην οποία βράζει το υγρό άζωτο.

Αυτή τη στιγμή ο πιο διάσημος υπεραγωγός υψηλής θερμοκρασίας είναι BSCCO (σάντουιτς bisco), αποτελούμενο από στρώματα οξειδίου του βισμούθιου, στροντίου, χαλκού και καθαρού ασβεστίου.

Χάρη σε αυτά τα υλικά, δημιουργήθηκαν ειδικές συσκευές και προϊόντα στον τομέα της ηλεκτρολογίας, των μεταφορών και της ενέργειας.

Ποιο είναι το μυστήριο των παράξενων μετάλλων

Παρά το γεγονός ότι τα ντουλάπια είναι ήδη σε πλήρη χρήση, εκατοντάδες μέτρα καλωδίων κατασκευάζονται από αυτά στο Large Hadron Collider. Οι επιστήμονες μέχρι σήμερα δεν κατανοούν πλήρως τη φυσική της αγωγιμότητας υψηλής θερμοκρασίας.

Η θεωρία BCS (πήρε το όνομά της από τους δημιουργούς της Δ. Bardin, Λ. Κούπερ και
ΡΕ. Ο Schrieffer) περιγράφει τέλεια την υπεραγωγιμότητα άνω των 30 Kelvin. Αλλά μόνο με την αύξηση της θερμοκρασίας, όταν το αποτέλεσμα της υπεραγωγιμότητας εξαφανίζεται, τότε τα cuprates αρχίζουν να συμπεριφέρονται όχι σαν τα συνηθισμένα υλικά.

Η ηλεκτρική αντίσταση των χαλκών μειώνεται γραμμικά και όχι σε αναλογία με το τετράγωνο της διαφοράς θερμοκρασίας. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τη θεωρία υγρών Fermi, η οποία διατυπώθηκε από τον Lev Landau το 1956.

Σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, τα ηλεκτρόνια εμφανίζουν τη συμπεριφορά ενός αερίου ηλεκτρονίων και η συναντούμενη αλληλεπίδραση περιγράφεται από τις εξισώσεις της κβαντικής μηχανικής.

Σε αυτήν την περίπτωση, η θεωρία υγρών Fermi λειτουργεί για τη συντριπτική πλειονότητα των μετάλλων, εκτός από τα περιβόητα χαλκού. Γι 'αυτό οι φυσικοί τους έχουν τοποθετήσει σε μια ειδική ενότητα "παράξενα μέταλλα".

Σε αυτά τα «υπομεταλλικά» ηλεκτρόνια κινούνται εξαιρετικά ασθενώς και σε μικρές αποστάσεις. Σε αυτήν την περίπτωση, εμφανίζεται έντονη απόσπαση της ενέργειας.

Επομένως, τα «παράξενα μέταλλα» βρίσκονται ακριβώς στη μέση μεταξύ των συνηθισμένων μετάλλων και των μονωτών.

Πολλές μελέτες έχουν αποκαλύψει μεγάλο αριθμό "υπομετάλλων", αλλά χωρίς ιδιότητες υπεραγωγιμότητας. Αυτό μπερδεύει περαιτέρω την κατάσταση του cuprate.

Υπεραγωγιμότητα των χαλκών και του μαγνητικού πεδίου

Ένα πείραμα που διεξήχθη από μια διεθνή επιστημονική ομάδα από τις ΗΠΑ, τη Γερμανία και την Κολομβία έδειξε ότι η επίδραση ενός ισχυρού μαγνητικού πεδίου 60-70 Tesla (αυτό είναι ένα τεράστιο τιμή, στην οποία οι υπεραγωγοί χάνουν τις αγώγιμες ιδιότητές τους) αλλάζει γραμμικά την αντίσταση των χαλκών και όχι σύμφωνα με τον τετραγωνικό νόμο, όπως στην περίπτωση του «κανονικού» μέταλλα.

Με άλλα λόγια, τα cuprates εμφανίζουν τις ιδιότητες των μετάλλων, αλλά με μεγάλη απροθυμία.

Μια νέα κατάσταση της ύλης

Με τη συσσώρευση πειραματικών δεδομένων σε cuprates, δείχνει ότι αυτό δεν είναι τίποτα άλλο, ως μια απολύτως μοναδική μορφή ύλης, που καθορίζεται από τις πραγματικότητες της κβαντικής εμπλοκής στη μακροσκοπική ο κόσμος.

Και μια ομάδα μηχανικών από το Ινστιτούτο Flatiron της Νέας Υόρκης κατάφερε να δημιουργήσει ένα ψηφιακό μοντέλο "περίεργων μετάλλων", το οποίο επιβεβαίωσε την υπόθεση ότι αυτό δεν είναι παρά μια νέα κατάσταση της ύλης. Η λεγόμενη ενδιάμεση μορφή μεταξύ κοινών αγώγιμων μετάλλων και μονωτικών υλικών.

Άρα απομένει να βρούμε ένα όνομα για τη νέα κατάσταση της ύλης και να συνεχίσουμε την έρευνα.

Σας άρεσε το υλικό; Μας αρέσει, εγγραφείτε και σχολιάζουμε. Ευχαριστούμε που διαβάσατε μέχρι το τέλος.