Superlaidžių medžiagų pavyzdys

Superlaidžioji medžiaga yra ta, kuri rodo sugebėjimą praleisti elektros energiją tam tikromis sąlygomis nepateikiant atsparumo ar energijos nuostolių. Ši savybė vadinama superlaidumu ir 1911 metais jį atrado Heike'as Kamerlinghas Onnesas.

Padaryta išvada, kad, mažėjant temperatūrai, metalinės laidžiosios medžiagos elektrinė varža palaipsniui blogėja; Tačiau dažniausiai naudojamuose laidininkuose, tokiuose kaip „Copper Cu“ ir „Silver Ag“, tokie defektai kaip priemaišos sukuria viršutinę medžiagos vertę. Vario atveju, net arti absoliutaus nulio, rodomas atsparumas ne nuliui.

Superlaidininko varža smarkiai sumažėja iki nulio, kai medžiaga atvės žemiau kritinės temperatūros. Superlaidžiu laidu tekanti elektros srovė be maitinimo šaltinio gali išlikti neribotą laiką. Kaip ir feromagnetizmas bei atominės spektro linijos, superlaidumas yra kvantinės mechanikos reiškinys.

Magnetinė superlaidininkų charakteris

Nors ryškiausia superlaidininkų savybė yra atsparumo nebuvimas, negalima teigti, kad tai yra begalinio laidumo medžiaga. Tiesą sakant, I tipo superlaidžios medžiagos yra visiškai diamagnetinės

. Diamagnetizmas yra medžiagos kokybė, leidžianti išvaryti magnetinius laukus. Priešingai paramagnetizmui, kuris susideda iš reagavimo į magnetinių laukų trauką. Tai reiškia, kad tai neleidžia prasiskverbti laukui, kuris žinomas kaip Meissnerio efektas.

Magnetiniai laukai išskiria du superlaidininkų tipus: I tipą, kurie neleidžia prasiskverbti į išorinį magnetinį lauką (tai reikalauja didelių energijos pastangų ir reiškia staigų superlaidžiosios būsenos sugedimą, jei viršijama kritinė temperatūra) ir II tipo, kurie yra netobuli superlaidininkai, ta prasme laukas efektyviai prasiskverbia mažais kanalais, vadinamais Abrikosovo sūkuriais arba srautais. Šie du superlaidininkų tipai iš tikrųjų yra dvi skirtingos fazės, kurias numatė Levas Davidovichas Landau ir Aleksejus Alekséyecihas Abrikosovas.

Kai II tipo superlaidininkui pritaikomas silpnas išorinis magnetinis laukas, jis jį puikiai atstumia. Jei jis padidinamas, sistema tampa nestabili ir pradeda diegti sūkurius, kad sumažėtų jos energija. Šių sūkurių daugėja, jie patenka į sūkurinius tinklus, kuriuos galima stebėti naudojant tinkamas technikas. Kai laukas yra pakankamai didelis, defektų skaičius yra toks didelis, kad medžiaga nebėra superlaidininkas. Tai yra kritinis laukas, kuris sustabdo medžiagos superlaidumą ir priklauso nuo temperatūros.

Superlaidininkų elektrinė charakteristika

Superdiamagnetizmo atsiradimą lemia medžiagos sugebėjimas sukurti super sroves. Viršutinės srovės yra elektronų srovės, kuriose energija neišsklaidoma, todėl jas galima išlaikyti amžinai, nepaklusiant Joule energijos nuostolių dėl šilumos susidarymo efektui. Srovės sukuria stiprų magnetinį lauką, reikalingą Meissnerio efektui palaikyti. Tos pačios srovės leidžia perduoti energiją be energijos sąnaudų, o tai yra ryškiausias šios rūšies medžiagų poveikis.

Kadangi superlaidžių elektronų skaičius yra ribotas, srovės, kurią gali nešti medžiaga, kiekis yra ribotas. Todėl yra kritinė srovė, nuo kurios medžiaga nustoja būti superlaidus ir pradeda sklaidyti energiją.

II tipo superlaidininkuose fliusų atsiradimas tai sukelia net ir esant mažesnėms srovėms Kritiniu atveju energijos išsisklaidymas nustatomas dėl sūkurių susidūrimo su grotelės atomais.

Aukštos temperatūros superlaidininkai

Dėl žemos temperatūros, reikalingos superlaidumui pasiekti, dažniausiai naudojamos medžiagos Paprastai jie aušinami skystu heliu (skystas azotas yra naudingas tik dirbant su greitaeigiais superlaidikliais). temperatūra). Reikalingas surinkimas yra sudėtingas ir brangus, naudojamas nedaugelyje sričių, pavyzdžiui, kuriant galingus elektromagnetus branduoliniam magnetiniam rezonansui (BMR).

80-aisiais jie buvo atrasti aukštos temperatūros superlaidininkai, kurių fazių perėjimas yra aukštesnis nei skysto azoto skysčio ir garo perėjimas. Tai sumažino tokių medžiagų tyrimo išlaidas ir atvėrė duris į medžiagų egzistavimą superlaidininkų kambario temperatūroje, o tai reikštų revoliuciją šiuolaikinio pasaulio pramonėje.

Didžiausias aukštos temperatūros superlaidininkų trūkumas yra keraminė kompozicija, dėl kurios jie plastikinės deformacijos būdu nėra tinkami laidams gaminti. Tačiau buvo sukurtos naujos juostų gamybos technologijos, tokios kaip IBAD (jonų pluošto pagalbinis nusodinimas). Taikant šią techniką, buvo pasiekti kabeliai, kurių ilgis didesnis nei 1 kilometras.

Superlaidininkų taikymo pavyzdžiai

Superlaidininkas elgiasi labai skirtingai nei įprasti laidininkai. Tai nėra laidininkas, kurio varža artima nuliui, tačiau varža lygiai lygi nuliui. To negalima paaiškinti įprastais modeliais, naudojamais įprastiems vairuotojams, pavyzdžiui, „Drude“ modeliu.

Superlaidūs magnetai yra vieni iš galingiausių žinomų elektromagnetų. Jie naudojami maglevo (magnetinės levitacijos) traukiniuose, branduolinio magnetinio rezonanso (BMR) aparatuose ligoninėse ir taikant į dalelių greitintuvo spindulį. Jie taip pat gali būti naudojami magnetiniam atskyrimui, kai silpnos magnetinės dalelės traukiamos iš mažesnių ar nemagnetinių dalelių fono, kaip pigmentų pramonėje.

Superlaidininkai taip pat buvo naudojami kuriant skaitmenines grandines ir radijo dažnių bei mikrobangų filtrus mobiliųjų telefonų bazinėms stotims.

Superslaidininkai naudojami statant Josephson sankryžas, kurios yra statybinės medžiagos SQUIDs (superlaidūs kvantinių trukdžių įtaisai), plačiausiai žinomi magnetometrai jautrus.

Priklausomai nuo darbo režimo, Džozefsono jungtis gali būti naudojama kaip fotonų detektorius arba kaip maišytuvas.. Didelis pasipriešinimo perėjimui iš įprastos būsenos į superlaidžią būseną pokytis naudojamas termometrams statyti kriogeniniuose fotonų detektoriuose.

Naujoviškos ir į ateitį orientuotos programos apima didelio našumo transformatorius, energijos kaupimas, elektros energijos perdavimas, elektros varikliai ir levitacijos įtaisai magnetinis.

Tačiau superlaidumas yra jautrus judantiems magnetiniams laukams, todėl taikymas naudoti kintamąją srovę, pvz., transformatorius, bus sunkiau padaryti nei tuos, kurie maitinami srove tęsk.

Superlaidžių medžiagų pavyzdžiai

Jie gali būti metalai, tokie kaip:

1. Vadovauti
2. Skarda
3. Cirkonis
4. Merkurijus
5. Volframas
6. Cinkas
7. Iridiumas
8. Vanadis
9. Titanas
10. Ličio
11. Bariumas
12. Berilis
13. Kadmis
14. „Chrome“.

Jie gali būti nemetalai arba metaloidai, pavyzdžiui:

1. Boras
2. Kalcis
3. Anglis
4. Silicis
5. Rungtis
6. Deguonis
7. Siera
8. Selenas
9. Arsenas
10. Bromas
11. Indėnas
12. Talis
13. Bismutas