În căutarea superconductorilor de temperatură cameră

Imaginează-ți o lume în care trenuri de levitație magnetică (maglev) sunt obișnuite, calculatoarele sunt rapid, fulgerul, cablurile de alimentare au pierderi reduse și există noi detectoare de particule. Aceasta este lumea în care superconductorii la temperatura camerei sunt o realitate. Până acum, acesta este un vis de viitor, dar oamenii de știință sunt mai aproape ca niciodată de a atinge o superconductivitate la temperatura camerei.

Un superconductor la temperatura camerei (RTS) este un tip de superconductor la temperatură înaltă (T-high)_c sau HTS) care operează mai aproape de temperatura camerei decât să zero absolut. Cu toate acestea, temperatura de operare peste 0 ° C (273,15 K) este încă mult sub ceea ce majoritatea dintre noi consideră temperatura „normală” a camerei (20-25 ° C). Sub temperatura critică, supraconductor are zero rezistență electrică și expulzarea câmpurilor de flux magnetic. Deși este o simplificare excesivă, superconductivitatea poate fi gândită ca o stare perfectă conductivitate electrică.

Superconductorii la temperaturi ridicate prezintă superconductivitate peste 30 K (−243,2 ° C). În timp ce un superconductor tradițional trebuie răcit cu heliu lichid pentru a deveni superconductor, un superconductor la temperaturi ridicate poate fi răcit folosind azot lichid. În schimb, ar putea fi un superconductor la temperatura camerei răcit cu gheață obișnuită cu apă.

Aducerea temperaturii critice pentru supraconductivitate la o temperatură practică este un grălu sfânt pentru fizicieni și ingineri electrici. Unii cercetători consideră că superconductivitatea la temperatura camerei este imposibilă, în timp ce alții indică progrese care au depășit deja convingerile anterioare.

Superconductivitatea a fost descoperită în 1911 de Heike Kamerlingh Onnes în mercur solid răcit cu heliu lichid (Premiul Nobel pentru fizică din 1913). Abia în anii ’30, oamenii de știință au propus o explicație a modului în care funcționează superconductivitatea. În 1933, Fritz și Heinz London au explicat Efectul Meissner, în care un superconductor expulzează câmpurile magnetice interne. Din teoria Londrei, explicațiile au crescut pentru a include teoria Ginzburg-Landau (1950) și teoria microscopică a BCS (1957, numită pentru Bardeen, Cooper și Schrieffer). Conform teoriei BCS, părea că interconductivitatea era interzisă la temperaturi peste 30 K. Cu toate acestea, în 1986, Bednorz și Müller au descoperit primul superconductor la temperatură înaltă, un material perovskit curat pe bază de lantan, cu o temperatură de tranziție de 35 K. Descoperirea le-a câștigat Premiul Nobel pentru fizică din 1987 și a deschis ușa pentru noi descoperiri.

Cel mai ridicat superconductor de temperatură până în prezent, descoperit în 2015 de Mikhail Eremets și echipa sa, este hidrura de sulf (H₃S). Hidrura de sulf are o temperatură de tranziție în jur de 203 K (-70 ° C), dar numai sub presiune extrem de ridicată (în jur de 150 de gigapascali). Cercetătorii prezice că temperatura critică ar putea fi ridicată peste 0 ° C dacă atomii de sulf sunt înlocuiți de fosfor, platină, seleniu, potasiu sau telur și se aplică o presiune încă mai mare. Cu toate acestea, deși oamenii de știință au propus explicații pentru comportamentul sistemului de hidrură de sulf, nu au reușit să reproducă comportamentul electric sau magnetic.

S-a pretins un comportament supraconductor la temperatura camerei pentru alte materiale, în afară de hidrura de sulf. Oxidul de cupru de iitoriu de bariu la temperatură înaltă (YBCO) poate deveni superconductor la 300 K folosind impulsuri laser cu infraroșu. Fizicianul în stare solidă, Neil Ashcroft, prevede că hidrogenul metalic solid ar trebui să fie supraconductor aproape de temperatura camerei. Echipa Harvard care a pretins că produce hidrogen metalic a raportat efectul Meissner ar fi putut fi observat la 250 K. Pe baza perechirii electronilor mediați prin exciton (nu perechea fonon-mediată a teoriei BCS), este o superconductivitate la temperaturi ridicate ar putea fi observată în polimerii organici din dreapta Condiții.

În literatura științifică apar numeroase rapoarte de superconductivitate la temperatura camerei, astfel încât, din 2018, realizarea pare posibilă. Cu toate acestea, efectul durează rar mult și este dificil de reprodus. O altă problemă este aceea că poate fi necesară o presiune extremă pentru a obține efectul Meissner. Odată produs un material stabil, cele mai evidente aplicații includ dezvoltarea de cabluri electrice eficiente și electromagneti puternici. De acolo, cerul este limita, în ceea ce privește electronica. Un superconductor la temperatura camerei oferă posibilitatea pierderii de energie la o temperatură practică. Majoritatea aplicațiilor RTS nu au fost încă imaginate.

• Un superconductor la temperatura camerei (RTS) este un material capabil de superconductivitate peste o temperatură de 0 ° C. Nu este neapărat superconductor la temperatura normală a camerei.
• Deși mulți cercetători susțin că au observat o superconductivitate la temperatura camerei, oamenii de știință nu au reușit să reproducă în mod fiabil rezultatele. Cu toate acestea, există supraconductori la temperatură ridicată, cu temperaturi de tranziție între -243,2 ° C și -135 ° C.
• Aplicațiile potențiale ale superconductorilor la temperatura camerei includ computere mai rapide, noi metode de stocare a datelor și transfer de energie îmbunătățit.

• Bednorz, J. G.; Müller, K. A. (1986). "Posibilă superconductivitate TC ridicată în sistemul Ba-La-Cu-O". Zeitschrift pentru Physik B. 64 (2): 189–193.
• Drozdov, A. P.; Eremets, M. I.; Troyan, eu. A.; Ksenofontov, V.; Shylin, S. I. (2015). "Superconductivitate convențională la 203 kelvin la presiuni mari în sistemul de hidrură de sulf". Natură. 525: 73–6.
• Ge, Y. F.; Zhang, F.; Yao, Y. G. (2016). "Demonstrații de primele principii ale superconductivității la 280 K în sulfură de hidrogen cu substituție scăzută de fosfor". Phys. Rev. B. 93 (22): 224513.
• Khare, Neeraj (2003). Manual de electronice cu temperaturi superioare. CRC Press.
• Mankowsky, R.; Subedi, A.; Först, M.; Mariager, S. O.; Chollet, M.; Lemke, H. T.; Robinson, J. S.; Glownia, J. M.; Minitti, M. P.; Frano, A.; Fechner, M.; Spaldin, N. A.; Loew, T.; Keimer, B.; Georges, A.; Cavalleri, A. (2014). „Dinamica zăcământului neliniar ca bază pentru superconductivitatea crescută în YBa₂cu₃O_6.5". Natură. 516 (7529): 71–73.
• Mourachkine, A. (2004). Superconductivitatea temperaturii camerei. Editura International Science Science.