Loading...
You are here:  Home  >  MIX GRILL  >  Current Article

Επιστήμονες έλυσαν το μυστήριο γύρω από την υπεραγωγιμότητα

  /   18/06/2014  /   Σχόλια

Υπεραγωγιμότητα

Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Cambridge πιστεύουν ότι έχουν λύσει το μακροχρόνιο μυστήριο που αφορά στην εμφάνιση της υπεραγωγιμότητας σε υπεραγώγιμα υλικά υψηλής θερμοκρασίας.

Εξοπλισμένοι με αυτή τη γνώση, οι επιστήμονες ελπίζουν να αξιοποιήσουν το τεράστιο δυναμικό αυτών των υλικών, τα οποία θα μπορούσαν να έχουν εφαρμογές σε ένα ευρύ φάσμα τεχνολογιών, από τα τρένα μαγνητικής αιώρησης ως και τους μελλοντικούς υπερυπολογιστές.

Παράλληλα, μέσω της κατανόησης των ιδιοτήτων της υπεραγωγιμότητας μπορεί επίσης να καταστεί δυνατή η εξεύρεση νέων υπεραγώγιμων υλικών.

Η υπεραγωγιμότητα ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά το 1911 από τον Heike Kamerlingh Onnes ενώ ερευνούσε τις ιδιότητες των μετάλλων σε χαμηλές θερμοκρασίες. Υπεραγωγιμότητα ορίζεται ως το φαινόμενο της μηδενικής ηλεκτρικής αντίστασης που εμφανίζεται σε ορισμένα υλικά. Στην πλειονότητα των περιπτώσεων, τα υλικά πρέπει να ψύχονται στο απόλυτο μηδέν (-273oC) πριν εμφανιστούν οι υπεραγώγιμες ιδιότητες. Αυτά τα υλικά είναι γνωστά ως υπεραγωγοί χαμηλής θερμοκρασίας.

Ωστόσο, ορισμένα από τα υλικά υπάρχουν ότι οι ιδιότητες εμφάνισης υπεραγωγιμότητας σε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες, γύρω -135oC. Αυτά τα υλικά είναι συνεπώς πολύ πιο χρήσιμα για τη σύγχρονη τεχνολογία, δεδομένου ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ένα ευρύτερο φάσμα εφαρμογών, αλλά, δυστυχώς, σε αντίθεση με τους χαμηλής θερμοκρασίας υπεραγωγούς, λίγα ήταν γνωστά για αυτά.

«Ένα από τα προβλήματα που αφορούν στους υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας είναι ότι δεν ξέρουμε πώς να βρούμε νέα αντίστοιχων ιδιοτήτων υλικά, επειδή δεν γνωρίζουμε ποια είναι τα συστατικά που είναι υπεύθυνα για τη δημιουργία υψηλής θερμοκρασίας υπεραγωγιμότητας,» είπε ο επικεφαλής συγγραφέας δρ Suchitra σε μια συνέντευξη τύπου.

Σε αντίθεση με τις συνηθισμένες ηλεκτρονικές συσκευές, το ρεύμα στους υπεραγωγούς μεταφέρεται από ηλεκτρόνια που ταξιδεύουν σε στενά συνδεδεμένα ζεύγη. Όταν ταξιδεύουν με αυτόν τον σχηματισμό, μπορούν να κινηθούν ομαλά μέσα στο υλικό, εξού και η μηδενική αντίσταση. Τα μοναχικά ηλεκτρόνια, από την άλλη, ταξιδεύουν πιο τυχαία και συχνά συγκρούονται μεταξύ τους, δημιουργώντας αντίσταση. Αυτό το φαινόμενο της μηδενικής αντίστασης συμβαίνει ατους υπεραγωγούς με την προϋπόθεση ότι βρίσκονται κάτω από μία ορισμένη κρίσιμη θερμοκρασία.

Οι επιστήμονες γνώριζαν ότι κάτι μέσα στο υπεραγώγιμο υλικό συμπεριφέρεται ως κόλλα, με αποτέλεσμα τα ηλεκτρόνια να δημιουργούν ζεύγη. Το μόνο που ήξεραν μέχρι τώρα ήταν ότι η κόλλα μπορεί να αποδυναμωθεί από την έκθεση αυτών των υλικών σε αυξήσεις θερμοκρασίας ή σε έντονα του μαγνητικά πεδία, συνθήκες που διαχωρίζουν τα ζεύγη ηλεκτρονίων και έτσι καταργείτα η υπεραγωγιμότητα. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια αντίστροφη προσέγγιση, προκειμένου να διακρίνουν τι προκαλεί τα ζεύγη ηλεκτρονίων, ξεκινώντας με υλικά στη μη υπεραγώγιμη κατάστασή τους.

«Προσπαθούμε να καταλάβουμε τι είδους αλληλεπιδράσεις συμβαίνουν στο υλικό πριν από τα ηλεκτρόνια “δουλέψουν” μαζί, επειδή μία από αυτές τις αλληλεπιδράσεις πρέπει να είναι υπεύθυνη για τη δημιουργία της κόλλας», είπε ο Sebastian. «Όταν τα ηλεκτρόνια έχουν ήδη ζευγάρι, είναι δύσκολο να καταλάβουμε τι τα έκανε να ζευγαρώσουν. Αλλά αν μπορέσουμε να σπάσουμε τα ζευγάρια, τότε θα μπορέσουμε να παρατηρήσουμε τι θα κάνουν τα χωρισμένα ηλεκτρόνια και ίσως έτσι καταλάβουμε πως εμφανίζεται η υπεραγωγιμότητα.»

Οι ερευνητές γνώριζαν ότι στην πλειονότητα των υλικών, η υπεραγωγιμότητα τείνει να καταργήσει άλλες ιδιότητες που το υλικό έχει στην κανονική του κατάσταση, όπως ο μαγνητισμός. Επομένως, είναι δυνατή η παραγωγή υπεραγωγιμότητας με την καταστολή των ιδιοτήτων της κανονικής κατάστασης, και το αντίστροφο.

Μέσω της χρήσης ισχυρών μαγνητικών πεδίων, η ομάδα κατέστειλε επιτυχώς την υπεραγωγιμότητα των υλικών που ανήκουν σε μια οικογένεια ενώσεων οξειδίου του χαλκού, γνωστή ως cuprates. Αυτό επέτρεψε στους ερευνητές να εντοπίσουν τελικά την πηγή των ηλεκτρονίων που από τη φυσική και μοναχική τους κατάσταση, δημιουργούν ζεύγη μόλις το υλικό γίνεται υπεραγωγός. Προς μεγάλη έκπληξή τους, αποδεικνύεται ότι οι θύλακες στους οποίους βρίσκονται τα ηλεκτρόνια που ζευγαρώνουν είναι σε μέρη του υλικού όπου η υπεραγωγιμότητα είναι πιο αδύναμη, και όχι εκεί όπου είναι ισχυρότερη. Αυτοί οι θύλακες δημιουργούνται από κυματισμούς των ηλεκτρονίων οι οποίοι ονομάζονται charge density waves.

«Με τον προσδιορισμό κι άλλων υλικών με ανάλογες ιδιότητες, ελπίζουμε ότι θα βρούμε νέους υπεραγωγούς σε όλο και υψηλότερες θερμοκρασίες, ίσως ακόμη και υλικά που είναι υπεραγωγοί σε θερμοκρασία δωματίου, πράγμα που θα ανοίξει ένα τεράστιο φάσμα εφαρμογών,» είπε ο Sebastian.

.

// Μετάφραση: Νικήτας Κλιντ

  • ΠΡΩΤΟΣΕΛΙΔΟ

    • ΠικετίΠικετί: Η Γερμανία δεν έχει αποπληρώσει ποτέ τα χρέη της
      Ο σούπερσταρ Γάλλος οικονομολόγος Τομά Πικετί κατακεραύνωσε τη στάση της Γερμανίας απέναντι στο χρέος, σε μια ιδιαίτερα επιθετική συνέντευξη στη Die Ziet. DIE ZEIT: Θα πρεπε εμείς οι Γερμανοί να χαιρόμαστε που η Γαλλία έχει ευθυγραμμιστεί με τη Γερμανία στο δόγμα της λιτότητας; Τομά Πικετί: Βεβαίως και όχι. Αυτό δεν είναι κάτι που θα έπρεπε να [...]
    • Aaron SwartzΡέκβιεμ στον Aaron Swartz, τον 'Τσε Γκεβάρα της ψηφιακής εποχής'
      Το εξαιρετικό νέο ντοκιμαντέρ The Internet’s Own Boy: The Story of Aaron Swartz δεν ρίχνει φως μόνο στη ζωή ενός αδικοχαμένου οραματιστή, αλλά γενικότερα στο ζήτημα της ελευθερίας της πληροφορίας στις μέρες μας. Ο Aaron Swartz ήταν μια εντελώς ιδιάζουσα περίπτωση, καθώς συνδύαζε ένα ασύλληπτο ταλέντο στον προγραμματισμό (μεταξύ άλλων υπήρξε εκ των δημιουργών του RSS [...]
    • 3χρονη νύφη στο ΑφγανιστάνΥεμένη: 8χρονη πέθανε τη νύχτα του βεβιασμένου γάμου της
      Ένα κορίτσι 8 χρονών που είχε αναγκαστεί να παντρευτεί πέθανε τη νύχτα του γάμου της από εσωτερικά τραύματα που προκλήθηκαν από σεξουαλική δραστηριότητα. Οργανώσεις ανθρωπίνων δικαιωμάτων διεθνώς καλούν για τη σύλληψη του 40χρονου συζύγου της. Η λιβανέζικη Al Nahar μετέδωσε πως το θανατηφόρο συμβάν εκτυλίχθηκε στην περιοχή Hardh στη βορειοδυτική Υεμένη, στα σύνορα με τη Σαουδική [...]