Atrandama nauja materijos būsena arba kokia yra keistų metalų paslaptis
Mokslininkai gana ilgai išsiaiškino, kad gana sudėtingi vario - kupratų deriniai skiriasi nuo klasikinių metalų. Ir pagal naujausių tyrimų rezultatus mokslininkai juose atrado visiškai naują materijos būseną.
Šių medžiagų naudojimas rodo plačias perspektyvas formuojant aukštos temperatūros superlaidininkus, kurių taip reikia šiuolaikinei energetikai ir visai pramonei. Pažiūrėkime, koks yra šių „keistų medžiagų“ ypatumas.
Pirmieji aukštos temperatūros laidininkų atradimai
Jau 1911 m superlaidumo atradimas buvo atliktas Olandijoje. Nustatyta, kad esant tik trijų Kelvinų temperatūrai gyvsidabrio varža nukrinta iki nulio (elektra perduodama be nuostolių).
Be to, šis poveikis buvo pastebėtas kitose medžiagose, tačiau visada superlaidumo temperatūra išliko itin žema.
Pokyčiai įvyko tik 1986 m. Tada IBM inžinieriai sukūrė pirmąjį aukštos temperatūros superlaidininką - kupratlantaną ir barį. Tam K. Müller ir G. Bednorzas gavo Nobelio premiją.
Superlaidininkai, kurių minimali temperatūra yra 77 Kelvinai (bet ne žemesnė), vadinami aukšta temperatūra. Tai yra temperatūra, prie kurios verda skystas azotas.
Šiuo metu garsiausias aukštos temperatūros superlaidininkas yra BSCCO (bisco sumuštinis), susidedantis iš bismuto oksido, stroncio, vario ir gryno kalcio sluoksnių.
Šių medžiagų dėka buvo sukurti specialūs prietaisai ir gaminiai elektrotechnikos, transporto ir energetikos srityse.
Kas yra keistų metalų paslaptis
Nepaisant to, kad kupratai jau yra visiškai naudojami, „Large Hadron Collider“ iš jų pagaminta šimtai metrų laidų. Mokslininkai iki šiol iki galo nesupranta laidumo aukštoje temperatūroje fizikos.
BCS teorija (pavadinta pagal jos kūrėjus D. Bardinas, L. Cooperis ir
D. Schrieffer) puikiai apibūdina superlaidumą, viršijantį 30 Kelvinų. Bet tik padidėjus temperatūrai, kai superlaidumo poveikis išnyksta, kupratai pradeda elgtis ne taip, kaip įprastos medžiagos.
Elektrinė kupratų varža mažėja tiesiškai, o ne proporcingai temperatūros skirtumo kvadratui. Tai prieštarauja Fermi skysčių teorijai, kurią Levas Landau suformulavo 1956 m.
Esant itin žemai temperatūrai, elektronai pasižymi elektronų dujų elgsena, o susidariusią sąveiką apibūdina kvantinės mechanikos lygtys.
Šiuo atveju Fermi skysčių teorija tinka daugumai metalų, išskyrus pagarsėjusius kupratus. Štai kodėl fizikai juos įtraukė į specialų „keistų metalų“ poskyrį.
Tokiuose „požemiuose“ elektronai juda labai silpnai ir trumpais atstumais. Tokiu atveju įvyksta intensyvus energijos išsiskyrimas.
Todėl „keisti metalai“ yra tiksliai viduryje tarp įprastų metalų ir izoliatorių.
Daugybė tyrimų atskleidė daug „submetalų“, tačiau be jokių superlaidumo savybių. Tai dar labiau sujaukė kuprato situaciją.
Superlaidumas kupratų ir magnetinio lauko
Tarptautinės mokslinės grupės iš JAV, Vokietijos ir Kolumbijos atliktas eksperimentas parodė, kad stipraus 60-70 Tesla magnetinio lauko poveikis (tai yra didžiulis vertė, kai superlaidininkai praranda laidumo savybes) keičia kupolų atsparumą tiesiškai, o ne pagal kvadratinį dėsnį, kaip „normalaus“ atveju metalai.
Kitaip tariant, kupratai pasižymi metalų savybėmis, tačiau labai nenoriai.
Nauja materijos būsena
Kaupiant eksperimentinius duomenis apie kupratus, tai rodo, kad tai ne kas kita, kaip absoliučiai unikali materijos forma, kurią lemia kvantinio susipynimo į makroskopinę realijos pasaulis.
Niujorko Flatiron instituto inžinerijos grupei pavyko sukurti skaitmeninį „keistų metalų“ modelį, kuris patvirtino prielaidą, kad tai ne kas kita, o nauja materijos būsena. Vadinamoji tarpinė forma tarp įprastų laidžių metalų ir izoliacinių medžiagų.
Taigi belieka sugalvoti naujos materijos būsenos pavadinimą ir tęsti tyrimus.
Ar jums patiko medžiaga? Mums patinka, užsiprenumeruojame ir komentuojame. Ačiū, kad skaitėte iki galo.