Что такое высокотемпературный сверхпроводник?

Высокотемпературный сверхпроводник (ВТСП) - это материал, который демонстрирует сверхпроводящие электрические свойства выше температуры жидкого состояния гелия. Предполагалось, что этот температурный интервал от -452 до -454 ° по Фаренгейту (от -269 до -270 ° С) является теоретическим пределом для сверхпроводимости. Однако в 1986 году американские исследователи Карл Мюллер и Йоханнес Беднорц обнаружили группу высокотемпературных сверхпроводниковых соединений на основе меди. Эти купраты, такие как оксид иттрия, бария и меди, YBCO ₇ , вариации на оксиде лантана, стронция и меди, LSCO и оксида ртути и меди, HgCuO, демонстрировали сверхпроводимость при температурах до -256 ° по Фаренгейту (-160 ° по Цельсию).

Открытие Мюллером и Беднорцем привело к присуждению Нобелевской премии по физике в 1987 году обоим исследователям, но эта область продолжала развиваться. В ходе продолжающегося в 2008 году исследования был получен новый класс соединений, обладающих сверхпроводимостью, на основе элементов железа и мышьяка, таких как оксид мышьяка лантана, железо, мышьяк, LaOFeAs. Впервые он был продемонстрирован в качестве высокотемпературного сверхпроводника Хидео Хосоно, исследователем материаловедения в Японии, в диапазоне температур -366 ° по Фаренгейту (-221 ° по Цельсию). Другие редкие элементы, смешанные с железом, такие как церий, самарий и неодим, создали новые соединения, которые также продемонстрировали сверхпроводящие свойства. Рекорд по состоянию на 2009 год для высокотемпературного сверхпроводника был достигнут с использованием соединения, состоящего из таллия, ртути, меди, бария, кальция, стронция и кислорода, которое демонстрирует сверхпроводимость при -211 ° по Фаренгейту (-135 ° по Цельсию).

Сфера исследований высокотемпературных сверхпроводников в 2011 году была сфокусирована на материаловедении и разработке улучшенных соединений. Когда для сверхпроводящих материалов были достигнуты температуры -211 ° по Фаренгейту (-135 ° по Цельсию), это позволило изучить их качества в присутствии жидкого азота. Поскольку жидкий азот является обычным и стабильным компонентом многих лабораторных сред и существует при температуре -320 ° по Фаренгейту (-196 ° по Цельсию), он сделал испытания новых материалов гораздо более практичными и широко распространенными.

Преимущество сверхпроводящей технологии для обычного общества все еще требует материалов, которые могут работать при температуре, близкой к комнатной. Поскольку сверхпроводники буквально не оказывают сопротивления электрическому потоку, ток может проходить через сверхпроводящий провод практически бесконечно. Это снизит энергопотребление для всех электрических нужд, а также сделает такие устройства сверхбыстрыми по сравнению со стандартной технологией электроники. Мощные магниты станут доступными для доступных поездов с магнитной левитацией, медицинского применения и производства термоядерной энергии. Кроме того, такие технологии сверхпроводников могут включать разработку квантовых компьютеров, потенциально в сотни миллионов раз быстрее при обработке данных, чем те, которые существуют в 2011 году.