Pasaulis susiduria su rimtomis energetikos problemomis ir sprendimų paieškos nemažėja. Horizonte Yra vienas variantas, kuris sukelia daug lūkesčių: superlaidininkai kambario temperatūroje. Ši alternatyva gali radikaliai pakeisti kraštovaizdį.
Superlaidumas yra reiškinys, kuris Iki šiol jis buvo stebimas tik esant labai žemai temperatūrai, artimai absoliučiam nuliui. Dabartinis įžūlus statymas yra užtikrinti, kad jis vyktų normaliomis sąlygomis, ty esant aplinkos temperatūrai ir slėgiui. Ar tai bus įmanoma?
Superlaidininkai kambario temperatūroje
Superlaidumą 1911 m. Atrado Heike Kamerlingh Onnes. Tai yra tam tikrų medžiagų gebėjimas atlikti elektrą be pasipriešinimo ir visiškai išstumti magnetinius laukus savo interjero. Šis efektas yra žinomas kaip „Meissner”.
Pirmieji superlaidininkai, tokie kaip gyvsidabris, jie veikė tik esant artimai 4 Kelvino (-269 °C) temperatūrai. Dėl to jo praktinis panaudojimas buvo labai brangus ir sudėtingas.
Laikui bėgant buvo atrastos keraminės medžiagos, kurios pasiekė superlaidumą esant maždaug 138 Kelvino (-135 °C) temperatūrai. Tai buvo proveržis, tačiau jo vis tiek nepakako kasdienėms reikmėms.
Temperatūros barjero sulaužymas tapo pagrindiniu daugelio mokslininkų taikiniu. Paieška sutelkta į medžiagas su atominėmis struktūromis, kurios leidžia superlaidumą normalesnėmis sąlygomis.
Avansai ir nesėkmės
2015 m. vokiečių tyrėjų komanda pranešė apie superlaidumą vandenilio sulfide esant -70 °C temperatūrai. Tai buvo to meto rekordas. Tačiau ši medžiaga reikėjo slėgio, lygaus 1,5 milijono atmosferų. Todėl tai nebuvo praktiška realiam pritaikymui.
2023 metais atsirado du ypač įdomūs variantai. Viena vertus, tyrėjų grupė teigė turėjusi pasiektas superlaidumas esant beveik 20 °C temperatūrai su liutecio hidridu. Vėlgi, jie turėjo naudoti didžiulį spaudimą.
Kita vertus, buvo paskelbta apie korėjiečių medžiagos, vadinamos „LK-99”, išvaizdą. Tai sukėlė didelį ažiotažą, nes buvo užtikrinta, kad jis pateikia superlaidumą aplinkos temperatūroje ir slėgyje. Tačiau bandant atkartoti šį reiškinį kitose laboratorijose, nebuvo įmanoma šių rezultatų patvirtinimą.
Dėl visų pirmiau minėtų dalykų, Kambario temperatūros superlaidininkai vis dar yra teorinė galimybė.
Kliūtys
Viena iš didžiausių problemų yra poreikį naudoti aukštą slėgį, kad būtų išlaikytas superlaidumas perspektyviausiose medžiagose. Temperatūros klausimas buvo išspręstas per daugelį metų, tačiau dauguma šių medžiagų rodo superlaidumą tik tada, kai susiduria su slėgiu, panašiu į tuos, kurie egzistuoja Žemės centre.
Kita svarbi kliūtis yra medžiagų stabilumas. Daugelis šių junginių yra labai trapūs. Jie labai greitai suyra aplinkos sąlygomis arba juos sunku sintezuoti dideliais kiekiais.
Taip pat Atkuriamumas yra esminė problema. Moksle atradimas laikomas galiojančiu tik tada, kai jį savarankiškai gali atkartoti kelios tyrimų grupės. Šiuo atžvilgiu kelios mokslinės grupės nepavyko.
Superlaidumo privalumai
Jei vieną dieną būtų sukurta medžiaga, kuri yra superlaidi kambario temperatūroje ir slėgyje, pasekmės būtų milžiniškos. Energetikos srityje būtų elektros perdavimo tinklai, kurie nepraranda energijos dėl pasipriešinimo. Tai reikštų trilijonų dolerių sutaupymą visame pasaulyje ir gerokai sumažinti išmetamą šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekį.
Transporto srityje Magnetinė levitacija taptų ekonomiškai perspektyvi dideliu mastu. Miestai turėtų viešojo transporto sistemas, kurios plūduriuotų magnetiniais bėgiais, be trinties ir su minimaliomis energijos sąnaudomis.
Taip pat būtų įrenginyselektroninės sistemos, veikiančios neįsivaizduojamu greičiu. Be to, kvantinė kompiuterija būtų prieinamesnė ir stabilesnė. Magnetinio rezonanso skaitytuvai medicinoje taptų mažesni, efektyvesni ir pigesni.
Mokslininkai išbando įvairias alternatyvas. Tai svyruoja nuo metalo hidridų tyrimo iki alternatyvių teorijų kūrimo, siekiant paaiškinti (ir numatyti) naujus superlaidumo tipus.
Kvantinė kompiuterija
Kvantinė kompiuterija turi Galimybė išspręsti sudėtingas problemas, kurios yra sunkiai išsprendžiamos naudojant klasikinius kompiuterius. Superlaidininkai yra esminiai statant qubitus, pagrindinius kvantinio skaičiavimo statybinius blokus. Superlaidininkų prieinamumas kambario temperatūroje galėtų žymiai pagreitinti šios technologijos plėtrą.
Mokslinių tyrimų uždaviniai ir ateitis
Nepaisant didelės pažangos, kambario temperatūros superlaidininkų moksliniai tyrimai susiduria su keliais iššūkiais. Suprasti sudėtingą elektronų sąveiką šiose medžiagose yra labai svarbu kuriant naujus junginius. Medžiagų mokslas vaidina pagrindinį vaidmenį kuriant naujas struktūras, kurios gali parodyti superlaidumą be ekstremalių sąlygų.
Mokslininkai visame pasaulyje ir toliau tiria novatoriškus metodus, pradedant dirbtinio intelekto metodų naudojimu naujų medžiagų savybėms prognozuoti ir baigiant įvairių elementų derinimu ieškant naujų lydinių. Tarpdisciplininis bendradarbiavimas yra būtinas norint plėtoti šią patrauklią sritį.
