Primer superprevodnih materialov

Superprevodni material je tisti, ki kaže sposobnost prevajanja električne energije, ne da bi v določenih pogojih predstavljal upor ali izgube energije. Ta kakovost se imenuje superprevodnost in Leta 1911 jo je odkril Heike Kamerlingh Onnes.

Ugotovljeno je bilo, da ko se temperatura znižuje, električni upor kovinskega prevodnega materiala postopoma slabša; Vendar pa v običajno uporabljenih vodnikih, kot sta Copper Cu in Silver Ag, napake, kot so nečistoče, ustvarijo zgornjo mejno vrednost snovi. V primeru bakra, tudi blizu absolutne ničle, je prikazan ničelni upor.

Upor superprevodnika močno pade na nič, ko se material ohladi pod kritično temperaturo. Električni tok, ki teče v superprevodniški žici, lahko traja neomejeno dolgo brez vira energije. Tako kot feromagnetizem in atomske spektralne črte je tudi superprevodnost pojav kvantne mehanike.

Magnetni značaj superprevodnikov

Čeprav je najbolj odlična lastnost superprevodnikov odsotnost upora, ni mogoče reči, da gre za material z neskončno prevodnostjo. Pravzaprav je superprevodni material tipa I popolnoma diamagneten

. Diamagnetizem je kakovost materiala, ki mu omogoča odganjanje magnetnih polj. V nasprotju s paramagnetizmom, ki je sestavljen iz reagiranja na privlačnost magnetnih polj. To pomeni, da ne dopušča, da polje prodre, kar je znano kot Meissnerjev učinek.

Magnetna polja ločujejo dve vrsti superprevodnikov: tip I, ki ne omogočata prodiranja zunanjega magnetnega polja (kar pomeni velik energijski napor in pomeni nenaden razpad superprevodnega stanja, če je kritična temperatura presežena) in tipa II, ki sta nepopolna superprevodnika, v smislu, da polje učinkovito prodira skozi majhne kanale, imenovane Abrikosov vrtinci ali fluksoni. Ti dve vrsti superprevodnikov sta v resnici dve različni fazi, ki sta jih napovedala Lev Davidovich Landau in Aleksey Alekséyecih Abrikosov.

Ko na superprevodnik tipa II pripišemo šibko zunanje magnetno polje, ga ta popolnoma odbije. Če se poveča, sistem postane nestabilen in začne vnašati vrtince, da zmanjša svojo energijo. Število teh vrtincev se povečuje, postavljajo se v vrtinčne mreže, ki jih je mogoče opazovati z ustreznimi tehnikami. Ko je polje dovolj veliko, je število napak tako veliko, da material ni več superprevodnik. To je kritično polje, ki preprečuje, da bi material bil superprevoden, in je odvisno od temperature.

Električni značaj superprevodnikov

Pojav superdiamagnetizma je posledica sposobnosti materiala, da ustvarja supertokove. Nadtoki so tokovi elektronov, v katerih se energija ne odvaja, tako da jih je mogoče večno ohraniti, ne da bi se ubogali Joulejev učinek izgube energije zaradi proizvodnje toplote. Tokovi ustvarjajo močno magnetno polje, potrebno za vzdrževanje Meissnerjevega učinka. Ti isti tokovi omogočajo prenos energije brez porabe energije, kar predstavlja najbolj izjemen učinek te vrste materialov.

Ker je število superprevodnih elektronov končno, je količina toka, ki ga material lahko prenese, omejena. Zato obstaja kritični tok, iz katerega material preneha biti superprevodniški in začne odvajati energijo.

V superprevodnikih tipa II to povzroča pojav fluksonov, tudi pri nižjih tokovih Kritično je zaznati odvajanje energije zaradi trka vrtincev z atomi rešetke.

Visokotemperaturni superprevodniki

Zaradi nizkih temperatur, potrebnih za doseganje superprevodnosti, so najpogostejši materiali Običajno jih hladijo s tekočim helijem (tekoči dušik je uporaben samo pri ravnanju s hitrimi superprevodniki). temperatura). Zahtevani sklop je zapleten in drag in se uporablja v redkih aplikacijah, na primer pri izdelavi močnih elektromagnetov za jedrsko magnetno resonanco (NMR).

V 80. letih so jih odkrili visokotemperaturni superprevodniki, ki kažejo fazni prehod pri temperaturah nad tekočinsko-parnim prehodom tekočega dušika. To je zmanjšalo stroške preučevanja takšnih materialov in odprlo vrata obstoju materialov superprevodnikov pri sobni temperaturi, kar bi pomenilo revolucijo v industriji sodobnega sveta.

Glavna pomanjkljivost visokotemperaturnih superprevodnikov je njihova keramična sestava, zaradi česar so neprimerni za izdelavo kablov s plastično deformacijo. Vendar pa so bile razvite nove tehnike za izdelavo trakov, kot je IBAD (Ion Beam Assisted Deposition). S to tehniko so bili doseženi kabli, daljši od 1 kilometra.

Primeri uporabe superprevodnikov

Superprevodnik se obnaša zelo drugače kot običajni vodniki. To ni prevodnik, katerega upor je blizu nič, je pa upor popolnoma enak nič. Tega ni mogoče razložiti z običajnimi modeli, ki se uporabljajo za običajne gonilnike, kot je model Drude.

Superprevodniški magneti so nekateri najmočnejši znani elektromagneti. Uporabljajo se v vlakih maglev (magnetna levitacija), v napravah z jedrsko magnetno resonanco (NMR) v bolnišnicah in pri usmerjanju žarka pospeševalnika delcev. Uporabljajo se lahko tudi za magnetno ločevanje, kjer se šibki magnetni delci črpajo iz ozadja manjših ali nemagnetnih delcev, kot v industriji pigmentov.

Superprevodniki so bili uporabljeni tudi za izdelavo digitalnih vezij in radijskih frekvenc ter mikrovalovnih filtrov za bazne postaje mobilnih telefonov.

Superprevodniki se uporabljajo za gradnjo Josephsonovih križišč, ki so gradniki LIGNJI (superprevodne kvantne interferenčne naprave), najbolj znani magnetometri občutljiv.

Odvisno od načina delovanja se Josephsonov spoj lahko uporablja kot detektor fotonov ali kot mešalnik. Velika sprememba odpornosti na prehod iz normalnega stanja v superprevodno stanje se uporablja za izdelavo termometrov v kriogenih fotonskih detektorjih.

Inovativne in v prihodnost usmerjene aplikacije vključujejo visoko zmogljive transformatorje, shranjevanje energije, prenos električne energije, elektromotorji in levitacijske naprave magnetno.

Vendar pa je superprevodnost občutljiva na gibljiva magnetna polja, zato aplikacije, ki uporabo izmeničnega toka, kot so transformatorji, bo težje izdelati kot tiste, ki se napajajo s tokom Nadaljuj.

Primeri superprevodnih materialov

Lahko so kovine, kot so:

1. Svinec
2. Kositer
3. Cirkonij
4. Živo srebro
5. Volfram
6. Cink
7. Iridij
8. Vanadij
9. Titan
10. Litij
11. Barij
12. Berilij
13. Kadmij
14. Chrome.

Lahko so nekovine ali metaloidi, kot so:

1. Bor
2. Kalcij
3. Ogljik
4. Silicij
5. Tekma
6. Kisik
7. Žveplo
8. Selen
9. Arzen
10. Brom
11. Indijski
12. Talij
13. Bizmut