הסיפור של הבכיוגניות וסופר-התנהגותיות הוא אחד ההישגים העמוקים ביותר של האנושות בסינון הקיצוני.על ידי גילוח לטמפרטורות רק לחש מעל אפס מוחלט, מדענים פתחו עולם חבוי שבו חשמל זורם ללא התנגדות, שדות מגנטיים מחלחלים אובייקטים מסיביים, ואת הטבע הקוונטי של החומר מגלה את עצמו.

מקורו של Cryogenics: The Race to Absolute Zero

Cryogenic - הייצור והמחקר של טמפרטורות אולטרה-נמוכות - לא מהרגע הראשון של אקונקה, אלא מעשרות שנים של פריצות דרך מצטברות בשקפת גז.הנתון המרכזי בסיפור הזה הוא הפיזיקאי ההולנדי הייקאיקה Kamerlingh Onnes, אשר בשנת 1908 הפך הראשון ל-Lequelium, והגיע לטמפרטורה של רק 4.2 קלווין (-26895) אטומי כבר הפך למקום קר של כדור הארץ.

היטליאום ליקפוזה היה יותר מהישג טכני; הוא פתח את הדלת לפיזיקה חדשה לגמרי.בטמפרטורות אלה, תנועה מולקולרית כמעט חדלה, ועניין מתנהג בדרכים מנוגדות.המחקר השיטתי של אוונס של תכונות חומרים ליד אפס מוחלט יוביל אותו בקרוב לתגלית מדהימה שנתנה לידתה לתחום של מוליכות העל.

כלי היסוד של Cryogenics

לפני הצלחתו של אוונס, המצאות מפתח הניחו את המשטח המעשי.הדלש דהאר, שהומצא על ידי ג'יימס דהוואר ב-1892, אפשרו אחסון של גזים ליקופי במשך תקופות ארוכות. הניסיון של דהוואר לצטט את הליקופי הליוס נכשל, אך מיכל הריק שלו הפך לסמל האוניברסלי של אחסון קר.

בית הספר Leiden School ו- Kamerlingh Onnes

המעבדה של אוונס הפכה למרכז לשיתוף פעולה בינלאומי.רופאים נסעו ללידן כדי ללמוד את המאפיינים המוזרים של חומרים בקור העמוק.זה היה שם כי האופי הקוונטי של מוצקים - חום ספציפי, מוליכות תרמית, והתנגדות חשמלית - להיות מוקרן.

עלייתו של סופר-הולכות: Zero Resistance ו-Dimagnetism מושלמת

בשנת 1911, אונס וצוותו מדדו את ההתנגדות החשמלית של חוט כספית כפי שהם הקרדו אותו עם נוזל הליום. at 4.2 Kelvin, ההתנגדות נעלמה בפתאומיות.עלונים שנרשמו במחברתו פשוט "Kwik Nagenoeg nul" (Mercury כמעט אפס) הוא גילה מוליכות על-טבעיות-מדינה שבה חומר פועל חשמל ללא אובדן אנרגיה.

הודעות מוקדמות וחיפוש אחר חומרים

ההתרגשות הראשונית הייתה ממוסחתת על ידי הטבע השברירי של מוליכות.הסופר-מוליכים המוקדמים איבדו את ההתנהלות המושלמת שלהם בתחומים מגנטיים צנועים אפילו, או כאשר הם נושאים זרם משמעותי. בשנת 1914, אונס גילה כי שדה מגנטי של כמה מאות gauss יכול להרוס מוליכות על פני כספית.מגבלה קריטית זו הובילה צייד לחומרים חזקים יותר.

תורת ה-BCS: הבנת מכניזם

לא עד 1957 עשה ג'ון ברדין, לאון קופר וג'ון רוברט שילר נסח את התיאוריה של BCS, אשר בסופו של דבר הרוויח להם את פרס נובל.התאוריה הסבירה מוליכות כתופעה קוונטית: בטמפרטורות נמוכות, אלקטרונים יוצרים זוגות קופר, אשר עוברים דרך ה-Strace קריסטל ללא פיזור.זוג זה, מתווך על ידי רטטי ליטיפס (פוני), יוצר פער אנרגיה המונעת את האובדן המקסימלי של אנרגיה שנראה בדרך כלל 30 עשורים של שפעת בלתי אפשרית, אך לא ניתן היה אפשרי רק לפני הספירה לאחור.

סוג-II Superconductors and High מגנטים Fields

פריצת דרך נוספת הגיעה עם ההכרה של סוג-II superconductors. בניגוד לחומרים מסוג I שגורשים את כל שדות מגנטיים (אפקט המייסנר) עד לנקודה קריטית, סוג-II superconductors מאפשרים לשטף מגנטי לחדור באולימפיים הקוונטיים, בעודם ממשיכים לשמור על אפס התנגדות על טווח שדה רחב יותר.פיתוח של niobium-tiium (Nb) ו-Nobium-Nb) ו-Nb (Nb) סגסוגת יעילה כיום, כמו סגסוגת חומרים רבי-Ricercines) כמו סגסוגת יעילה של חומרים אלה.

המהפכה העל-העליונות הגבוהה

במשך 75 שנים, התקדמות בהעלאת טמפרטורת המעבר העל-העל (Tc) הייתה איטית בכאב, והגיעה רק 23 K ב Nb3Ge ב-1973, הגבול של BCS של 30 K הופיע בלתי ניתן להפרדה. ואז, ב-1986, גיאורג Bednorz ואלכס מלר במחקר IBM בציריך, הוא נטרף יותר את הפונקציונליות של חומר תחמוצת החרס (דיקור) ב-35 חודשים נוספים, קריפטומטרה נוזלית חנקן, לעומת זאת, הוא חנקן, לעומת זאת, הוא דחף יותר ממעבדה נוזלית חנקן, לעומת 77 חודשים נוזלית חנקן, לעומת זאת, הוא חנקן, הוא חנקן, לעומת זאת, הוא חנקן, לעומת זאת, הוא יותר ממעבדה, לעומת 77 חודשים יותר, 000, לעומת זאת, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 קל יותר מאשר חנקן,

Bednorz וגילויו של מילר ב-Müller:0 מוליכים סופר-הטמפרטורה גבוהה מוליכים למחצה ראט'sFLT 1 (HTS) הרוויחו את פרס נובל בשנת 1987 והציתו מאמץ מחקר גלובלי אינטנסיבי.חומר הארכיאולוגי HTS, ytrium Barium נחושת (YBCO), מציג Tc של 92 משפחות תת-התרעות של ספלי ברזל, כגון תרכובות פחמן-Tc-C, כמו סגסוגת, כמו ⁇ , כמו ⁇ , כמו ⁇ , כמו ⁇ , כמו ⁇ , כמו ⁇ , כמו ⁇ , כמו ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

« « « « ניצחונות לא שגרתיים

חומרים HTS עדיין חסרים הבנה תיאורטית מלאה.בניגוד למוליכים העל של BCS קונבנציונליים שבו phonons Mediate הצמד, המנגנון בפלראטים ו pnictides עשוי לכלול תנודות מגנטיות או אינטראקציות אקזוטיות אחרות.סימטריה הצמד הוא d-wave ולא גלי, ואת הדיאגרמת שלב כולל פסאגפ פוסט דרמטי ושלבים מוזרים.

יישומים טכנולוגיים: מבתי חולים ועד חלקיקים

הנישואים של הבכיוגניות וסופר-התנהגותיות יצרו חבילה של טכנולוגיות טרנספורמטיביות.היישום הנפוץ ביותר הוא הדמיה של התחדשות מגנטית (MRI), אשר מסתמכת על מגנטים גדולים המוליכים על מגנטים מבולבלים בנוזל הליום כדי לייצר שדות מגנטיים יציבים, גבוהים וגבוהים.MRI יש מהפכה באבחון רפואי, המאפשר הדמיה לא פולשנית של רקמות רכות ללא דמנציה כיום, הם עשרות אלפי סורקים בעולם.

אנרגיה וכוח Transmission

כבלים מוליכים סופר מציעים פתרון משכנע לרשתות חשמל עירוניות.טייפים על מוליכים-על בטמפרטורה גבוהה יכולים לשאת 100 פעמים הזרם של חוט נחושת של אותו חדר צלב עם כמעט ללא הפסדים מנוגדים. פרויקטים של טייס, כגון פרויקט AmpaCity ב Essen, גרמניה, והמתקנים בדרום קוריאה וביפן, הוכיחו כי כבלי HTS יכולים להחליף אחסון קונבנציונליים במרכזים צפופים, להפחית את עלויות התפעוליות עוד יותר, תוך כדי לנטרל את יעילות האנרגיה החנקן בטווח הארוך, תוך כדי חנקן.

מחקר מדעי ומכונות ענק

הכלי המדעי האיקוני ביותר שנבנה על טכנולוגיה המבוססת על מוליכים הוא ה- Hadron Collider הגדול (LHC) ב- CERN, טבעת ה-27 ק"מ של מגנטים על מוליכים על-ידי מגנטים, המתקרר ל-1.9 K על ידי helium, הנימוק חלקיקים במהירות אורית של מגנטים קטנים יותר, המאפשרים את הגילוי של Higgs בוזון אנרגיה ב- Fusion ב-2012, תלוי גם על- NARC, כמו מגנטיות, כמו קומפקטית, כמו קומפקטית, כמו מגנטיתק, אשר תוכנן כדי להפעיל את נפחים מגנטית גבוהה יותר, קריוזמיית, קריפטוזמת מגנטית, כדי להפעיל את נפחים יותר, כדי להפעיל את נפח דרמטי של מגנטית מגנטית של מגנטית, קריוזמיציפיית, קריפטומטיים, קריוזמיית, כדי להפעיל את נפח של מגנטית, כדי להפעיל את נפח ה-מפלקס, קריוזמיית גבוהה יותר, קריוזמיית של מגנטית גבוהה יותר, כדי לספק מגנטית מגנטית של מגנטית גבוהה יותר, קריוזמיציבית, כדי לספק מגנטית מגנטית גבוהה יותר, קריוז '

מחשוב קוונטי ו Sensing

qubits הם פלטפורמה מובילה לבניית מחשבים קוונטיים מעשיים.מכשירים מ-Google, IBM ואחרים פועלים בטמפרטורות מילימטר בתוך מקררים דילוליים, שבו מוליכות מאפשרת מעגלים ללא הפרעה ו קוהרנטיות קוונטית. בינתיים, יישום מכשירים התערבות קוונטית (SQUIDs) לשמש כמגנטים הרגישים ביותר, המסוגלים למדידת שדות מגנטיים וקוהרנטיות קוונטית יותר מאשר חומרים כימיים אלה, למצוא חומרים כימיים.

תחבורה: Maglev and Beyond

רכבות מגנטיות מוליכים (maglev) מנצלות את אפקט Meissner ו פלוקס pinning לצף מעל מסלול, חיסול החיכוך של SC Maglev של יפן, אשר השיג מהירויות של מעל 600 ק"מ /h, משתמשות בסופר-זמני נמוך המוליכים סלילים, בעוד מחקר לתוך מערכות הדבקה של HTS מבטיחות פשוטות ויעילות יותר.

האתגר של הנדסה Cryogenic

מאחורי כל יישום superconducting הוא מערכת זעקה מתוחכמת. helium נשאר קירור העיקרי עבור מוליכים סופר-זמניים בטמפרטורה נמוכה, אבל אספקת הליום העולמית היא סופית וכפוף תנודתיות מחירים. גדול בקנה מידה גדול helium Liquefiers ומערכות שיקום מחזור סגור הם מוליכים על-זמנית.

חיפוש אחר חדר-Temperature Superconductivity

המטרה הסופית – וגביע הקדוש – של פיזיקה החומרית היא חומר שסופר-מוליכים בלחץ וטמפרטורה גבוהה (במשך עשרות שנים, החלום הזה נראה רחוק.אבל ניסויים בלחץ גבוה לאחרונה הציתו התרגשות.ב-2015 מינופיד (HFLT:02FLT:1S) נמצאו על גבי 203 תחת GHz של מחסנים על פני השטח (Halph) של 2, למרות שדווחו על ידי GPFLT1S) LT2FLT1S) בשנת 2019 נמצאו על ידי LT) קומפקטיות על ידי קומפקטיות על ידי LT2FLT1S) קומפקטיות על ידי LT2FLT2FLT1S) קומפקטיות על ידי LT2FLT1S) קומפקטיות על ידי קומפקטיות על ידי , 000 עד 150K2FLT1S) קומפקטיות על ידי קומפקטיות על ידי LT2FLT1S) קומפקטיות על ידי קומפקטיות על ידי קומפקטיות על ידי קומפקטיות על ידי קומפקטיות על ידי קומפקטיות על ידי קומפקטיות של 203 תחת קיבולת גבוהה תחת קומפקטיות על ידי קיבולת גבוהה על ידי קומפקטיות על ידי קיבולת גבוהה

האתגר עכשיו הוא לייצב חומרים כאלה או ליד לחץ הסביבה.ה ⁇ הכימית והמבנית הנדרשת כדי להשיג זאת הוא עצום.מחקר למבנים קלת-קרקעיים, שלבים מטבוליים, וטכניקות סינתזה חדשניות ממשיכות בקצב מהיר.הצלחה תגרום למהפכה תעשייתית: רשתות כוח ללא הפסד, רשתות כוח ספוגות, תחבורת אופניים בגודל MRI, אך עוצמתיות יותר מאשר חדר קומפקטי, עדיין יותר, בעוד שעדיין לא יציב, הוא חדר-אווירה, הוא חזק יותר מאשר קומפקטי, הוא קומפקטי, הוא יותר מאשר חדר-אווירה.

השפעה סוציו-אקונומית ו-Outlook

אפילו ללא מוליכים-על-טבעיים, קריאות ומוליכים-על כבר תורמים באופן משמעותי לכלכלה העולמית ולרווחה האנושית.אבחון רפואי, גילוי מדעי, ומחשוב הדור הבא, כולם מסתמכים על תופעות קרות אלה, ממשלות וארגונים פרטיים משקיעים בכבדות: FLT:0U.S המחלקה לאנרגיה FLT:1 מכספים על-מוליכים מרובים מרכזי מחקר, מדעי תעבורת-ה של 5F:

הממשק בין קריאות וסופר-התנהגותיות ממחיש כיצד מדע היסוד יכול להניב טכנולוגיה מהפכנית.כפי שמדע החומרים וההנדסה הבכיתה ממשיכים להתקדם, הגבול של האפשרי נדחק החוצה לעולם.העשורים הבאים עשויים בסופו של דבר לספק הבטחה לעולם שבו חשמל זורם ללא הפסד והיכן קר אינו מחסום אלא שער לחדשנות.

מההצצה הראשונה של אוונס ל- Zero Resistance במעבדה Leiden ועד למחשבים הקוונטיים של ימינו ולכורים של מחר, הסיפור של Cryogenics ו- Superconductivity הוא רחוק ממעל.זה נשאר אחד הגבולות המרגשים ביותר בכל המדע.