உயர் வெப்பநிலை சூப்பர் கண்டக்டர்கள் கிடைத்தால் என்ன செய்வது? நம்பிக்கையின் பிணைப்புகள்

லாஸ்லெஸ் டிரான்ஸ்மிஷன் லைன்கள், குறைந்த-வெப்பநிலை மின் பொறியியல், சூப்பர் எலக்ட்ரோ காந்தங்கள், இறுதியாக மில்லியன் கணக்கான டிகிரி பிளாஸ்மாவை தெர்மோநியூக்ளியர் ரியாக்டர்களில் மெதுவாக அழுத்துகிறது, அமைதியான மற்றும் வேகமான மாக்லேவ் ரயில். சூப்பர் கண்டக்டர்கள் மீது எங்களுக்கு பல நம்பிக்கைகள் உள்ளன...

சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டி பூஜ்ஜிய மின் எதிர்ப்பின் பொருள் நிலை என்று அழைக்கப்படுகிறது. இது மிகக் குறைந்த வெப்பநிலையில் சில பொருட்களில் அடையப்படுகிறது. அவர் இந்த குவாண்டம் நிகழ்வைக் கண்டுபிடித்தார் கமர்லிங் ஒன்ஸ் (1) பாதரசத்தில், 1911 இல். கிளாசிக்கல் இயற்பியல் அதை விவரிக்கத் தவறிவிட்டது. பூஜ்ஜிய எதிர்ப்பிற்கு கூடுதலாக, சூப்பர் கண்டக்டர்களின் மற்றொரு முக்கிய அம்சம் காந்தப்புலத்தை அதன் தொகுதிக்கு வெளியே தள்ளுங்கள்மீஸ்னர் விளைவு (வகை I சூப்பர் கண்டக்டர்களில்) அல்லது காந்தப்புலத்தை "சுழல்கள்" (வகை II சூப்பர் கண்டக்டர்களில்) மையப்படுத்துதல் என்று அழைக்கப்படுபவை.

பெரும்பாலான சூப்பர் கண்டக்டர்கள் பூஜ்ஜியத்திற்கு நெருக்கமான வெப்பநிலையில் மட்டுமே வேலை செய்கின்றன. இது 0 கெல்வின் (-273,15 °C) ஆக பதிவாகியுள்ளது. அணுக்களின் இயக்கம் இந்த வெப்பநிலையில் அது கிட்டத்தட்ட இல்லாதது. இதுவே சூப்பர் கண்டக்டர்களின் திறவுகோலாகும். வழக்கம்போல் எலக்ட்ரான்கள் கடத்தியில் நகரும் பிற அதிர்வு அணுக்களுடன் மோதுகிறது ஆற்றல் இழப்பு மற்றும் எதிர்ப்பு. இருப்பினும், அதிக வெப்பநிலையில் சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டி சாத்தியம் என்பதை நாம் அறிவோம். படிப்படியாக, குறைந்த மைனஸ் செல்சியஸ் மற்றும் சமீபத்தில் கூட இந்த விளைவைக் காட்டும் பொருட்களைக் கண்டுபிடித்து வருகிறோம். இருப்பினும், இது மீண்டும் பொதுவாக அதிக அழுத்தத்துடன் தொடர்புடையது. பிரம்மாண்டமான அழுத்தம் இல்லாமல் அறை வெப்பநிலையில் இந்த தொழில்நுட்பத்தை உருவாக்குவது மிகப்பெரிய கனவு.

சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டி நிலை தோன்றுவதற்கான இயற்பியல் அடிப்படை ஜோடி சரக்கு கிராப்பர்களின் உருவாக்கம் - என்று அழைக்கப்படும் கூப்பர். ஒத்த ஆற்றல்களைக் கொண்ட இரண்டு எலக்ட்ரான்களின் இணைப்பின் விளைவாக இத்தகைய ஜோடிகள் எழலாம். ஃபெர்மி ஆற்றல், அதாவது ஃபெர்மியோனிக் அமைப்பின் ஆற்றல், மேலும் ஒரு தனிமத்தைச் சேர்த்த பிறகு, அவற்றைப் பிணைக்கும் தொடர்புகளின் ஆற்றல் மிகச் சிறியதாக இருந்தாலும் கூட, அதன் ஆற்றல் அதிகரிக்கும். ஒற்றை கேரியர்கள் ஃபெர்மியன்கள் மற்றும் ஜோடிகள் போஸான்கள் என்பதால் இது பொருளின் மின் பண்புகளை மாற்றுகிறது.

ஒத்துழைக்க எனவே, இது இரண்டு ஃபெர்மியன்களின் அமைப்பாகும் (உதாரணமாக, எலக்ட்ரான்கள்) ஃபோனான்கள் எனப்படும் படிக லட்டியின் அதிர்வுகளின் மூலம் ஒருவருக்கொருவர் தொடர்பு கொள்கிறது. நிகழ்வு விவரிக்கப்பட்டுள்ளது லியோனா ஒத்துழைக்கிறார் 1956 இல் மற்றும் குறைந்த வெப்பநிலை சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டியின் BCS கோட்பாட்டின் ஒரு பகுதியாகும். கூப்பர் ஜோடியை உருவாக்கும் ஃபெர்மியன்கள் அரை சுழல்களைக் கொண்டுள்ளன (அவை எதிர் திசைகளில் இயக்கப்படுகின்றன), ஆனால் இதன் விளைவாக அமைப்பின் சுழல் நிரம்பியுள்ளது, அதாவது கூப்பர் ஜோடி ஒரு போஸான் ஆகும்.

குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில் உள்ள சூப்பர் கண்டக்டர்கள் சில தனிமங்கள், எடுத்துக்காட்டாக, காட்மியம், டின், அலுமினியம், இரிடியம், பிளாட்டினம், மற்றவை மிக அதிக அழுத்தத்தில் (உதாரணமாக, ஆக்ஸிஜன், பாஸ்பரஸ், சல்பர், ஜெர்மானியம், லித்தியம்) அல்லது மெல்லிய அடுக்குகளின் வடிவம் (டங்ஸ்டன் , பெரிலியம், குரோமியம்), மேலும் சில வெள்ளி, தாமிரம், தங்கம், உன்னத வாயுக்கள், ஹைட்ரஜன் போன்ற சூப்பர் கண்டக்டிங் ஆக இல்லாமல் இருக்கலாம், இருப்பினும் தங்கம், வெள்ளி மற்றும் தாமிரம் ஆகியவை அறை வெப்பநிலையில் சிறந்த கடத்திகள் ஆகும்.

"உயர் வெப்பநிலை" இன்னும் மிகக் குறைந்த வெப்பநிலை தேவைப்படுகிறது

1964 ஆண்டில் வில்லியம் ஏ. லிட்டில் இல் உயர் வெப்பநிலை சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டி இருப்பதற்கான சாத்தியத்தை பரிந்துரைத்தது கரிம பாலிமர்கள். இந்த முன்மொழிவு BCS கோட்பாட்டில் ஃபோனான்-மத்தியஸ்த ஜோடிக்கு எதிராக எக்ஸிடான்-மத்தியஸ்த எலக்ட்ரான் இணைத்தல் அடிப்படையிலானது. "உயர் வெப்பநிலை சூப்பர் கண்டக்டர்கள்" என்ற சொல், ஜோஹன்னஸ் ஜி. பெட்நார்ஸ் மற்றும் சி.ஏ. ஆகியோரால் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட பெரோவ்ஸ்கைட்-கட்டமைக்கப்பட்ட மட்பாண்டங்களின் புதிய குடும்பத்தை விவரிக்கப் பயன்படுத்தப்பட்டது. 1986 இல் முல்லர், அதற்காக அவர்கள் நோபல் பரிசு பெற்றனர். இந்த புதிய செராமிக் சூப்பர் கண்டக்டர்கள் (2) தாமிரம் மற்றும் ஆக்சிஜனில் இருந்து லாந்தனம், பேரியம் மற்றும் பிஸ்மத் போன்ற பிற தனிமங்களுடன் கலந்து தயாரிக்கப்பட்டன.

2. பீங்கான் தகடு சக்தி வாய்ந்த காந்தங்களின் மீது வட்டமிடுகிறது

எங்கள் பார்வையில், "உயர்-வெப்பநிலை" சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டி இன்னும் குறைவாகவே இருந்தது. சாதாரண அழுத்தங்களுக்கு, வரம்பு -140°C ஆக இருந்தது, மேலும் அத்தகைய சூப்பர் கண்டக்டர்கள் கூட "உயர்-வெப்பநிலை" என்று அழைக்கப்படுகின்றன. ஹைட்ரஜன் சல்பைடுக்கான சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டி வெப்பநிலை -70°C மிக அதிக அழுத்தத்தில் எட்டப்பட்டுள்ளது. இருப்பினும், உயர் வெப்பநிலை சூப்பர் கண்டக்டர்களுக்கு குளிர்ச்சிக்கு திரவ ஹீலியத்தை விட ஒப்பீட்டளவில் மலிவான திரவ நைட்ரஜன் தேவைப்படுகிறது, இது அவசியம்.

மறுபுறம், இது பெரும்பாலும் உடையக்கூடிய பீங்கான், மின் அமைப்புகளில் பயன்படுத்த மிகவும் நடைமுறையில் இல்லை.

விஞ்ஞானிகள் இன்னும் ஒரு சிறந்த வழி கண்டுபிடிக்கப்படுவதற்கு காத்திருக்கிறது என்று நம்புகிறார்கள், இது போன்ற அளவுகோல்களை சந்திக்கும் ஒரு அற்புதமான புதிய பொருள் அறை வெப்பநிலையில் சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டிமலிவு மற்றும் பயன்படுத்த நடைமுறை. சில ஆராய்ச்சிகள் தாமிரம் மற்றும் ஆக்ஸிஜன் அணுக்களின் அடுக்குகளைக் கொண்ட ஒரு சிக்கலான படிகத்தின் மீது கவனம் செலுத்துகின்றன. தண்ணீரில் ஊறவைத்த கிராஃபைட் அறை வெப்பநிலையில் ஒரு சூப்பர் கண்டக்டராக செயல்படும் என்று சில முரண்பாடான ஆனால் அறிவியல் பூர்வமாக விவரிக்கப்படாத அறிக்கைகளில் ஆராய்ச்சி தொடர்கிறது.

சமீபத்திய ஆண்டுகளில் அதிக வெப்பநிலையில் சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டி துறையில் "புரட்சிகள்", "திருப்புமுனைகள்" மற்றும் "புதிய அத்தியாயங்கள்" ஆகியவற்றின் உண்மையான ஸ்ட்ரீம் உள்ளது. அக்டோபர் 2020 இல், அறை வெப்பநிலையில் (15 ° C இல்) சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டி பதிவாகியுள்ளது கார்பன் டைசல்பைட் ஹைட்ரைடு (3), இருப்பினும், மிக அதிக அழுத்தத்தில் (267 GPa) பச்சை லேசரால் உருவாக்கப்படுகிறது. ஹோலி கிரெயில், அறை வெப்பநிலை மற்றும் சாதாரண அழுத்தத்தில் சூப்பர் கண்டக்டிவ் என்று ஒப்பீட்டளவில் மலிவான பொருளாக இருக்கும், இது இன்னும் கண்டுபிடிக்கப்படவில்லை.

3. கார்பன் அடிப்படையிலான பொருள் 15 டிகிரி செல்சியஸ் வெப்பநிலையில் சூப்பர் கண்டக்டிவ்.

காந்த யுகத்தின் விடியல்

எலக்ட்ரானிக்ஸ் மற்றும் கம்ப்யூட்டர்கள், லாஜிக் சாதனங்கள், நினைவக கூறுகள், சுவிட்சுகள் மற்றும் இணைப்புகள், ஜெனரேட்டர்கள், பெருக்கிகள், துகள் முடுக்கிகள் ஆகியவற்றுடன் உயர் வெப்பநிலை சூப்பர் கண்டக்டர்களின் சாத்தியமான பயன்பாடுகளின் கணக்கீடு தொடங்கலாம். பட்டியலில் அடுத்தது: காந்தப்புலங்கள், மின்னழுத்தங்கள் அல்லது மின்னோட்டங்கள், காந்தங்களை அளவிடுவதற்கான அதிக உணர்திறன் சாதனங்கள் MRI மருத்துவ சாதனங்கள்காந்த ஆற்றல் சேமிப்பு சாதனங்கள், புல்லட் ரயில்கள், என்ஜின்கள், ஜெனரேட்டர்கள், மின்மாற்றிகள் மற்றும் மின் இணைப்புகள். இந்த கனவு சூப்பர் கண்டக்டிங் சாதனங்களின் முக்கிய நன்மைகள் குறைந்த சக்தி சிதறல், அதிவேக செயல்பாடு மற்றும் தீவிர உணர்திறன்.

சூப்பர் கண்டக்டர்களுக்கு. பிஸியான நகரங்களுக்கு அருகில் அடிக்கடி மின் உற்பத்தி நிலையங்கள் கட்டப்படுவதற்கு ஒரு காரணம் இருக்கிறது. 30 சதவீதம் கூட. அவர்களால் உருவாக்கப்பட்டது மின்சார ஆற்றல் இது டிரான்ஸ்மிஷன் லைன்களில் இழக்கப்படலாம். மின் சாதனங்களில் இது ஒரு பொதுவான பிரச்சனை. பெரும்பாலான ஆற்றல் வெப்பத்திற்கு செல்கிறது. எனவே, கணினியின் மேற்பரப்பின் கணிசமான பகுதியானது சுற்றுகளால் உருவாகும் வெப்பத்தை வெளியேற்ற உதவும் குளிரூட்டும் பகுதிகளுக்கு அர்ப்பணிக்கப்பட்டுள்ளது.

சூப்பர் கண்டக்டர்கள் வெப்பத்திற்கான ஆற்றல் இழப்புகளின் சிக்கலை தீர்க்கின்றன. சோதனைகளின் ஒரு பகுதியாக, விஞ்ஞானிகள், எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு வாழ்க்கையை சம்பாதிக்க நிர்வகிக்கிறார்கள் சூப்பர் கண்டக்டிங் வளையத்தின் உள்ளே மின்சாரம் இரண்டு ஆண்டுகளுக்கு மேல். மேலும் இது கூடுதல் ஆற்றல் இல்லாமல் உள்ளது.

மின்னோட்டம் நிறுத்தப்பட்டதற்கு ஒரே காரணம் திரவ ஹீலியம் அணுகல் இல்லாததால் தான், மின்னோட்டம் தொடர்ந்து பாய முடியாததால் அல்ல. சூப்பர் கண்டக்டிங் பொருட்களில் நீரோட்டங்கள் நூறாயிரக்கணக்கான ஆண்டுகள் பாயும் என்று நம்புவதற்கு எங்கள் சோதனைகள் நம்மை வழிநடத்துகின்றன. சூப்பர் கண்டக்டர்களில் மின்சாரம் எப்போதும் பாயும், இலவசமாக ஆற்றலை மாற்றும்.

в எதிர்ப்பு இல்லை சூப்பர் கண்டக்டிங் கம்பி வழியாக ஒரு பெரிய மின்னோட்டம் பாயக்கூடும், இது நம்பமுடியாத சக்தியின் காந்தப்புலங்களை உருவாக்கியது. அவை ஏற்கனவே 4 கிமீ/மணி வேகத்தை எட்டக்கூடிய மாக்லேவ் ரயில்களை (600) இயக்கப் பயன்படும். சூப்பர் கண்டக்டிங் காந்தங்கள். அல்லது மின் உற்பத்தி நிலையங்களில் அவற்றைப் பயன்படுத்தவும், காந்தப்புலங்களில் விசையாழிகள் சுழலும் பாரம்பரிய முறைகளுக்குப் பதிலாக மின்சாரத்தை உருவாக்கவும். சக்திவாய்ந்த சூப்பர் கண்டக்டிங் காந்தங்கள் இணைவு எதிர்வினையைக் கட்டுப்படுத்த உதவும். ஒரு சூப்பர் கண்டக்டிங் கம்பி பேட்டரியை விட சிறந்த ஆற்றல் சேமிப்பு சாதனமாக செயல்பட முடியும், மேலும் கணினியில் உள்ள திறன் ஆயிரம் மற்றும் மில்லியன் ஆண்டுகளுக்கு பாதுகாக்கப்படும்.

குவாண்டம் கணினிகளில், நீங்கள் ஒரு சூப்பர் கண்டக்டரில் கடிகார திசையில் அல்லது எதிரெதிர் திசையில் பாயலாம். கப்பல் மற்றும் கார் இன்ஜின்கள் இன்று இருப்பதை விட பத்து மடங்கு சிறியதாக இருக்கும், மேலும் விலையுயர்ந்த மருத்துவ கண்டறியும் எம்ஆர்ஐ இயந்திரங்கள் உங்கள் உள்ளங்கையில் பொருந்தும். உலகெங்கிலும் உள்ள பரந்த பாலைவனப் பாலைவனங்களில் உள்ள பண்ணைகளில் இருந்து சேகரிக்கப்பட்ட, சூரிய சக்தியை எந்த இழப்பும் இல்லாமல் சேமித்து மாற்ற முடியும்.

4. ஜப்பானிய மாக்லேவ் ரயில்

இயற்பியலாளர் மற்றும் அறிவியலை பிரபலப்படுத்தியவரின் கூற்றுப்படி, காக்குசூப்பர் கண்டக்டர்கள் போன்ற தொழில்நுட்பங்கள் ஒரு புதிய சகாப்தத்தை உருவாக்கும். நாம் இன்னும் மின்சார சகாப்தத்தில் வாழ்ந்தால், அறை வெப்பநிலையில் சூப்பர் கண்டக்டர்கள் காந்தத்தின் சகாப்தத்தை கொண்டு வரும்.