Näide ülijuhtivatest materjalidest

Ülijuhtiv materjal on materjal, mis näitab võimet juhtida elektrienergiat ilma teatud tingimustes takistust või energiakadu tekitamata. Seda kvaliteeti nimetatakse ülijuhtivuseks ja Selle avastas 1911. aastal Heike Kamerlingh Onnes.

On jõutud järeldusele, et temperatuuri langedes muutub metallijuhtiva materjali elektritakistus järk-järgult viletsamaks; Kuid tavaliselt kasutatavates juhtmetes, näiteks Copper Cu ja Silver Ag, sellised defektid nagu lisandid loovad ainele ülemmäära. Vase puhul, isegi absoluutse nulli lähedal, kuvatakse nullist erinev takistus.

Ülijuhi takistus langeb järsult nulli, kui materjal jahtub alla kriitilise temperatuuri. Ülijuhtivas juhtmes voolav elektrivool võib lõpmatuseni püsida ilma toiteallikata. Nagu ferromagnetism ja aatomspektriliinid, on ka ülijuhtivus kvantmehaanika nähtus.

Ülijuhtide magnetiline iseloom

Kuigi ülijuhtide silmapaistvam omadus on takistuse puudumine, ei saa öelda, et see oleks lõpmatu juhtivuse materjal. Tegelikult on I tüüpi ülijuhtiv materjal täiesti magnetiline

. Diamagnetism on materjali kvaliteet, mis võimaldab tal magnetvälju eemale tõrjuda. Vastupidiselt paramagnetismile, mis seisneb magnetväljade ligitõmbamisele reageerimises. See tähendab, et see ei lase väljal tungida, mida tuntakse Meissneri efektina.

Magnetväljad eristavad kahte tüüpi ülijuhte: I tüüpi, mis ei lase välisel magnetväljal tungida (mis nõuab suuri energiakulusid ja tähendab ülijuhtiva seisundi äkilist purunemist kriitilise temperatuuri ületamisel) ja II tüüpi omad, mis on ebatäiuslikud ülijuhid, selles mõttes väli tungib tõhusalt väikeste kanalite kaudu, mida nimetatakse Abrikosovi keeristeks ehk fluxoniteks. Need kaks ülijuhtide tüüpi on tegelikult kaks erinevat faasi, mille ennustasid Lev Davidovich Landau ja Aleksey Alekséyecih Abrikosov.

Kui II tüüpi ülijuhile rakendatakse nõrk väline magnetväli, tõrjub see selle suurepäraselt. Kui seda suurendada, muutub süsteem ebastabiilseks ja hakkab energia vähendamiseks juurutama keeriseid. Nende keeriste arv suureneb, paigutades ennast keeristevõrkudesse, mida saab asjakohaste tehnikate abil jälgida. Kui väli on piisavalt suur, on defektide arv nii suur, et materjal pole enam ülijuht. See on kriitiline väli, mis peatab materjali ülijuhtimise ja sõltub temperatuurist.

Ülijuhtide elektriline iseloom

Superdiamagnetismi tekkimine on tingitud materjali võimest tekitada ülevoolusid. Ülevoolud on elektronide voolud, milles energiat ei hajutata, nii et neid saab säilitada igavesti, kuuletumata soojuse tekitamisest tingitud energiakao Joule-efekti. Voolud loovad tugeva magnetvälja, mis on vajalik Meissneri efekti säilitamiseks. Need samad voolud võimaldavad energiat edastada ilma energiakuludeta, mis esindab seda tüüpi materjalide silmapaistvamat mõju.

Kuna ülijuhtivate elektronide arv on piiratud, on materjali kandmiseks vajalik vooluhulk piiratud. Seetõttu on kriitiline vool, millest alates materjal lakkab ülijuhtimast ja hakkab energiat hajutama.

II tüüpi ülijuhtides põhjustab fluxide välimus seda isegi madalamate voolude korral Kriitiliselt on energia hajumine tuvastatud keeriste kokkupõrke tõttu võre aatomitega.

Kõrge temperatuuriga ülijuhid

Ülijuhtivuse saavutamiseks vajalike madalate temperatuuride tõttu on kõige tavalisemad materjalid Neid jahutatakse tavaliselt vedela heeliumiga (vedel lämmastik on kasulik ainult kiirete ülijuhtide käsitsemisel). temperatuur). Nõutav montaaž on keeruline ja kallis, seda kasutatakse vähestes rakendustes, näiteks võimsate elektromagnetite ehitamisel tuumamagnetresonantsi (NMR) jaoks.

80ndatel avastati nad kõrgtemperatuursed ülijuhid, millel on faasisiire üleminekul temperatuuril, mis ületab vedeliku lämmastiku vedeliku-auru üleminekut. See on vähendanud selliste materjalide uurimise kulusid ja avanud ukse materjalide olemasolule ülijuhid toatemperatuuril, mis tähendaks revolutsiooni kaasaegse maailma tööstuses.

Kõrgtemperatuuriliste ülijuhtide peamine puudus on nende keraamiline koostis, mistõttu nad ei sobi kaablite valmistamiseks plastilise deformatsiooni abil. Kuid lindide tootmiseks on välja töötatud uued tehnikad, näiteks IBAD (Ion Beam Assisted Deposition). Selle tehnika abil on saavutatud kaablid pikkusega üle 1 kilomeetri.

Ülijuhtide rakenduste näited

Ülijuht käitub tavalistest juhtidest väga erinevalt. See ei ole juht, mille takistus on nullilähedane, kuid takistus on täpselt võrdne nulliga. Seda ei saa seletada tavaliste draiverite jaoks kasutatavate tavapäraste mudelitega, näiteks Drude mudeliga.

Ülijuhtivad magnetid on ühed võimsamatest teadaolevatest elektromagnetitest. Neid kasutatakse maglevi (magnetilise levitatsiooni) rongides, tuumamagnetresonantsi (NMR) masinates haiglates ja osakeste kiirendi kiirte suunamisel. Neid saab kasutada ka magnetiliseks eraldamiseks, kus nõrgad magnetosakesed tõmmatakse väiksemate või mittemagnetiliste osakeste taustalt, nagu pigmenditööstuses.

Ülijuhte on kasutatud ka mobiiltelefonide tugijaamade digitaalsete vooluringide ning raadiosagedus- ja mikrolainefiltrite valmistamiseks.

Ülijuhte kasutatakse Josephsoni ristmike ehitamiseks, mis on ehituskivid SQUID-d (ülijuhtivad kvant-interferentsiseadmed), kõige tuntumad magnetomeetrid tundlik.

Sõltuvalt töörežiimist saab Josephsoni ristmikku kasutada footondetektorina või segistina. Suurt muutust resistentsuses üleminekul tavalisest olekust ülijuhtivasse olekusse kasutatakse termomeetrite ehitamiseks krüogeensetes footonidetektorites.

Uuenduslikud ja tulevikku suunatud rakendused hõlmavad suure jõudlusega trafosid, energia salvestamine, elektrienergia ülekanne, elektrimootorid ja levitatsiooniseadmed magnetiline.

Ülijuhtivus on aga tundlik liikuvate magnetväljade suhtes, nii et rakendused seda teevad kasutada vahelduvvoolu, näiteks trafosid, on keerulisem valmistada kui neid, mida toidetakse vooluga Jätka.

Ülijuhtivate materjalide näited

Need võivad olla metallid, näiteks:

1. Plii
2. Tina
3. Tsirkoonium
4. elavhõbe
5. Volfram
6. Tsink
7. Iridium
8. Vanaadium
9. Titaan
10. Liitium
11. Baarium
12. Berüllium
13. Kaadmium
14. Chrome.

Need võivad olla mittemetallid või metalloidid, näiteks:

1. Boor
2. Kaltsium
3. Süsinik
4. Räni
5. Matš
6. Hapnik
7. Väävel
8. Seleen
9. Arseen
10. Broom
11. Indiaanlane
12. Tallium
13. Vismut