Приклад надпровідних матеріалів

Надпровідний матеріал - це той, який виявляє здатність проводити електричну енергію, не представляючи опору або втрат енергії за певних умов. Ця якість називається надпровідністю, і Він був відкритий в 1911 році Хайке Камерлінгхом Оннесом.

Було зроблено висновок, що, із зменшенням температури електричний опір металевого провідного матеріалу поступово погіршується; Однак у звичайних провідниках, таких як мідний Cu та срібний Ag, такі дефекти, як домішки, створюють граничну величину речовини. У випадку Міді, навіть близької до абсолютного нуля, показано ненульовий опір.

Опір надпровідника різко падає до нуля, коли матеріал охолоджується нижче критичної температури. Електричний струм, що протікає в надпровідному дроті, може тривати нескінченно довго без джерела живлення. Як і феромагнетизм та атомні спектральні лінії, надпровідність є явищем квантової механіки.

Магнітний характер надпровідників

Хоча найвидатнішою властивістю надпровідників є відсутність опору, не можна сказати, що це матеріал нескінченної провідності. Насправді надпровідний матеріал I типу є абсолютно діамагнітним

. Діамагнетизм - це якість матеріалу, що дозволяє йому відганяти магнітні поля. На відміну від парамагнетизму, який полягає у реагуванні на притягання магнітних полів. Це означає, що воно не дозволяє полю проникати всередину, що відоме як ефект Майснера.

Магнітні поля розрізняють два типи надпровідників: тип I, які не дають проникнути зовнішньому магнітному полю (що тягне за собою великі енергетичні зусилля і передбачає раптовий розрив надпровідного стану при перевищенні критичної температури), і тип II, які є недосконалими надпровідниками, в тому сенсі, що поле ефективно проникає через невеликі канали, які називаються абрикосовськими вихорами, або флюсонами. Ці два типи надпровідників насправді є двома різними фазами, передбаченими Левом Давидовичем Ландау та Олексієм Алексеєчиком Абрікосовим.

Коли на надпровідник типу II подається слабке зовнішнє магнітне поле, воно ідеально відштовхує його. Якщо його збільшити, система стає нестабільною і починає вводити вихори, щоб зменшити свою енергію. Кількість цих вихорів збільшується, потрапляючи у вихрові мережі, які можна спостерігати за допомогою відповідних методів. Коли поле досить велике, кількість дефектів настільки велика, що матеріал вже не є надпровідником. Це критичне поле, яке перешкоджає надпровідності матеріалу, і воно залежить від температури.

Електричний характер надпровідників

Поява наддіамагнетизму зумовлена ​​здатністю матеріалу створювати надтоки. Надтоки - це струми електронів, в яких енергія не розсіюється, так що їх можна підтримувати вічно, не підкоряючись Ефекту Джоуля втрат енергії внаслідок генерації тепла. Струми створюють сильне магнітне поле, необхідне для підтримки ефекту Мейснера. Ці самі струми дозволяють передавати енергію без витрат енергії, що представляє найвидатніший ефект цього типу матеріалів.

Оскільки кількість надпровідних електронів обмежена, кількість струму, який може нести матеріал, обмежена. Отже, існує критичний струм, від якого матеріал перестає бути надпровідним і починає розсіювати енергію.

У надпровідниках типу II поява флюсонів спричиняє це навіть для менших струмів Критично важливо, що розсіювання енергії виявляється через зіткнення вихорів з атомами решітки.

Високотемпературні надпровідники

Через низькі температури, необхідні для досягнення надпровідності, найбільш поширеними є матеріали Зазвичай їх охолоджують рідким гелієм (рідкий азот корисний лише при роботі з високошвидкісними надпровідниками). температура). Необхідна збірка є складною і дорогою, і використовується в кількох додатках, таких як побудова потужних електромагнітів для ядерно-магнітного резонансу (ЯМР).

У 80-ті роки вони були виявлені високотемпературні надпровідники, які демонструють фазовий перехід при температурах вище рідинно-парового переходу рідкого азоту. Це зменшило витрати на вивчення таких матеріалів і відкрило двері для існування матеріалів надпровідники при кімнатній температурі, що означало б революцію в галузі сучасного світу.

Найбільшим недоліком високотемпературних надпровідників є їх керамічний склад, що робить їх непридатними для виготовлення кабелів шляхом пластичної деформації. Однак були розроблені нові методи виробництва стрічок, таких як IBAD (Ion Beam Assisted Deposition). Завдяки цій техніці було досягнуто кабелів довжиною більше 1 кілометра.

Приклади застосування надпровідників

Надпровідник поводиться зовсім інакше, ніж звичайні провідники. Це не провідник, опір якого близький до нуля, але опір точно дорівнює нулю. Це неможливо пояснити звичайними моделями, що використовуються для звичайних драйверів, такими як модель Друде.

Надпровідні магніти - одні з найпотужніших відомих електромагнітів. Вони використовуються в поїздах з магнітною левітацією, в ядерно-магнітно-резонансних машинах (ЯМР) у лікарнях та для спрямування пучка прискорювача частинок. Вони також можуть бути використані для магнітного розділення, коли слабкі магнітні частинки витягуються з фона менших або немагнітних частинок, як у пігментній промисловості.

Надпровідники також використовувались для виготовлення цифрових схем та радіочастотних та мікрохвильових фільтрів для базових станцій мобільних телефонів.

Надпровідники використовуються для побудови Джозефсонових переходів, які є будівельними блоками SQUIDs (надпровідні пристрої з квантовими перешкодами), найбільш відомі магнітометри чутливий.

Залежно від режиму роботи, Джозефсонівський перехід може використовуватися як детектор фотонів або як змішувач. Велика зміна опору переходу від нормального до надпровідного стану використовується для побудови термометрів у кріогенних фотонних детекторах.

Інноваційні та перспективні програми включають високопродуктивні трансформатори, накопичувач енергії, передача електроенергії, електродвигуни та пристрої для левітації магнітний.

Однак надпровідність чутлива до рухомих магнітних полів, тому додатки, які використовувати змінний струм, такий як трансформатори, буде важче зробити, ніж ті, що живляться струмом продовжувати йти.

Приклади надпровідних матеріалів

Це можуть бути метали, такі як:

1. Вести
2. Олово
3. Цирконій
4. Меркурій
5. Вольфрам
6. Цинк
7. Іридій
8. Ванадій
9. Титан
10. Літій
11. Барій
12. Берилій
13. Кадмій
14. Chrome.

Вони можуть бути неметалами або металоїдами, наприклад:

1. Бор
2. Кальцій
3. Вуглець
4. Кремній
5. Матч
6. Кисень
7. Сірка
8. Селен
9. Миш'як
10. Бром
11. Індійський
12. Талій
13. Вісмут