Oda Sıcaklığı Süperiletkenlerinin Arayışı

İçinde bir dünya hayal edin manyetik kaldırma (maglev) trenleri sıradan, bilgisayarlar yıldırım hızında, güç kablolarında çok az kayıp var ve yeni parçacık dedektörleri var. Bu, oda sıcaklığı süper iletkenlerinin gerçek olduğu dünyadır. Şimdiye kadar, bu geleceğin bir hayalidir, ancak bilim adamları oda sıcaklığı süper iletkenliğine ulaşmak için her zamankinden daha yakındır.

Oda sıcaklığı süperiletken (RTS), bir tür yüksek sıcaklık süperiletkenidir (yüksek T_c veya HTS) oda sıcaklığı -dan daha tamamen sıfır. Bununla birlikte, 0 ° C'nin (273.15 K) üzerindeki çalışma sıcaklığı, çoğumuzun "normal" oda sıcaklığı (20 ila 25 ° C) olarak kabul ettiğimiz seviyenin altındadır. Kritik sıcaklığın altında, süper iletken sıfır var elektrik direnci ve manyetik akı alanlarının çıkarılması. Bu aşırı bir basitleştirme olsa da, süperiletkenlik mükemmel bir durum olarak düşünülebilir elektiriksel iletkenlik.

Yüksek sıcaklık süper iletkenleri 30 K (−243.2 ° C) üzerinde süper iletkenlik gösterir. Süperiletken hale gelmek için geleneksel bir süperiletkenin sıvı helyumla soğutulması gerekirken, yüksek sıcaklıklı bir süperiletken

Süperiletkenlik için kritik sıcaklığı pratik bir sıcaklığa getirmek fizikçiler ve elektrik mühendisleri için kutsal bir kasedir. Bazı araştırmacılar oda sıcaklığı süper iletkenliğinin imkansız olduğuna inanırken, diğerleri daha önce var olan inançları aşmış olan ilerlemelere işaret ediyor.

Süperiletkenlik 1911 yılında Heike Kamerlingh Onnes tarafından sıvı helyumla soğutulmuş katı civada keşfedildi (1913 Nobel Fizik Ödülü). 1930'lara kadar bilim adamları süperiletkenliğin nasıl çalıştığına dair bir açıklama önermediler. 1933'te Fritz ve Heinz Londra Meissner etkisiburada bir süperiletken dahili manyetik alanları dışarı atar. Londra'nın teorisinden, açıklamalar Ginzburg-Landau teorisini (1950) ve mikroskobik BCS teorisini (Bardeen, Cooper ve Schrieffer olarak adlandırılan 1957) içerecek şekilde büyüdü. BCS teorisine göre, 30 K üzerindeki sıcaklıklarda süperiletkenlik yasak gibi görünüyordu. Yine de 1986'da Bednorz ve Müller, 35 K geçiş sıcaklığına sahip, lantan bazlı bir cuprate perovskit malzemesi olan ilk yüksek sıcaklık süper iletkenini keşfettiler. Keşif onlara 1987 Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı ve yeni keşiflerin kapısını açtı.

2015 yılında Mikhail Eremets ve ekibi tarafından keşfedilen en yüksek sıcaklık süper iletken kükürt hidrür (H₃G). Sülfür hidrid 203 K (-70 ° C) civarında bir geçiş sıcaklığına sahiptir, ancak sadece çok yüksek basınç altında (yaklaşık 150 gigapaskal). Araştırmacılar kritik sıcaklığın yükselebileceğini tahmin et sülfür atomları fosfor, platin, selenyum, potasyum veya tellür ile değiştirilir ve daha yüksek basınç uygulanırsa 0 ° C'nin üzerinde. Bununla birlikte, bilim adamları kükürt hidrit sisteminin davranışı için açıklamalar önermiş olsa da, elektriksel veya manyetik davranışı tekrarlayamadılar.

Sülfür hidritin yanı sıra diğer malzemeler için oda sıcaklığında süperiletkenlik davranışı iddia edilmiştir. Yüksek sıcaklık süperiletken itriyum baryum bakır oksit (YBCO), kızılötesi lazer darbeleri kullanılarak 300 K'da süper iletken olabilir. Katı hal fizikçisi Neil Ashcroft, katı metalik hidrojenin oda sıcaklığına yakın süper iletken olması gerektiğini tahmin ediyor. Metalik hidrojen yaptığını iddia eden Harvard ekibi Meissner etkisinin 250 K'da gözlemlenmiş olabileceğini bildirdi. Eksiton aracılı elektron eşleştirmesine (BCS teorisinin fonon aracılı eşleşmesine değil) dayanır. sağdaki organik polimerlerde olası yüksek sıcaklıkta süper iletkenlik gözlemlenebilir koşullar.

Oda sıcaklığında süperiletkenlik hakkında çok sayıda rapor bilimsel literatürde yer almaktadır, bu nedenle 2018'den itibaren başarı mümkün görünüyor. Bununla birlikte, etki nadiren uzun sürer ve çoğalması çok zordur. Başka bir sorun, Meissner etkisini elde etmek için aşırı baskı gerekebileceğidir. Kararlı bir malzeme üretildikten sonra, en belirgin uygulamalar verimli elektrik kablolarının ve güçlü elektromıknatısların geliştirilmesini içerir. Oradan, elektronik söz konusu olduğunda gökyüzü sınırdır. Oda sıcaklığında bir süperiletken, pratik bir sıcaklıkta enerji kaybı olasılığı sunar. RTS uygulamalarının çoğu henüz hayal edilmemiştir.

• Oda sıcaklığında bir süperiletken (RTS), 0 ° C'lik bir sıcaklığın üzerinde süperiletkenliğe sahip bir malzemedir. Normal oda sıcaklığında süperiletken olması gerekmez.
• Her ne kadar birçok araştırmacı oda sıcaklığında süperiletkenliği gözlemlediğini iddia etseler de, bilim adamları sonuçları güvenilir bir şekilde tekrarlayamadılar. Bununla birlikte, −243.2 ° C ile −135 ° C arasında geçiş sıcaklıkları olan yüksek sıcaklıklı süper iletkenler mevcuttur.
• Oda sıcaklığı süper iletkenlerinin potansiyel uygulamaları arasında daha hızlı bilgisayarlar, yeni veri depolama yöntemleri ve gelişmiş enerji aktarımı bulunur.

• Bednorz, J. G.; Müller, K. A. (1986). "Ba-La-Cu-O sisteminde olası yüksek TC süperiletkenliği". Physik için Zeitschrift B. 64 (2): 189–193.
• Drozdov, A. P.; Eremets, M. BEN.; Troyan, I. A.; Ksenofontov, V.; Shylin, S. BEN. (2015). "Sülfür hidrit sisteminde yüksek basınçlarda 203 kelvin'de geleneksel süperiletkenlik". Doğa. 525: 73–6.
• Ge, Y. F.; Zhang, F.; Yao, Y. G. (2016). "Düşük fosfor ikameli hidrojen sülfürde 280 K'da süper iletkenliğin ilk prensipleri". Phys. Rev. B. 93 (22): 224513.
• Khare, Neeraj (2003). Yüksek Sıcaklık Süperiletken Elektronik El Kitabı. CRC tuşuna basın.
• Mankowsky, R.; Subedi, A.; Först, M.; Mariager, S. Ö.; Chollet, M.; Lemke, H. T.; Robinson, J. S.; Glownia, J. M.; Minitti, M. P.; Frano, A.; Fechner, M.; Spaldin, N. bir.; Loew, T.; Keimer, B.; Georges, A.; Cavalleri, A. (2014). "YBa'da gelişmiş süperiletkenlik için temel olarak doğrusal olmayan kafes dinamikleri₂Cu₃Ö_6.5". Doğa. 516 (7529): 71–73.
• Mourachkine, A. (2004). Oda Sıcaklığı Süperiletkenliği. Cambridge Uluslararası Bilim Yayıncılığı.