Ağojeniklerin ve süper iletkenliğin hikayesi, insanlığın en derin başarılarından biridir.Bir yüzyılda aşırılıkta yayılmaya devam eden, sadece mutlak sıfırın üzerinde bir fısıldama, bilim adamları, elektrik akımının dirençsiz olduğu gizli bir dünya ortaya çıkardılar ve önemli olan önemli alanların kendisini ortaya çıkardılar.

Krigenlerin Kökenleri: Gerçek Zero'ya Yarış

Ağojenikler - ultra-düşük sıcaklıklar üretimi ve çalışma - 1908'de tek bir eureka anı değil, gaz quefaksiyonunda onlarca yıllık artışlar. Bu hikayedeki önemli rakam Hollanda fizikçi Heike Kamerlingh Onnes, 1908'de dünyanın soğuk sınırının ilk haline geldi, onu “en soğuk bir dünya” olarak kazandı.

Helium liquefaction teknik bir başarıdan daha fazlasıydı; bu sıcaklıklarda, moleküler hareket neredeyse son derece son derece şaşırtıcı bir keşife yol açtı ve madde karşılaştırılabilir şekillerde hareket ediyor.Onnes'in sistematik keşifleri onu yakında süperconductivity alanına doğum yapan şaşırtıcı bir keşife götürecekti.

Ağojeniklerin Temel Araçları

Onnes'in başarısından önce, anahtar icatlar pratik zemin çalışmasına yer verdi.The Dewar flask, 1892'de James Dewar tarafından icat edildi, genişletilmiş dönemler için liquefied gazların depolamasına izin verdi.Dewar'ın kendisi sıvı azot ve oksijen tedarikini sağladı, ancak daha sonra toksik olmayan bir konteynerin evrensel bir şekilde daha düşük sıcaklıklara ulaşmasına ve William Hampson tarafından desteklenen bu ilerlemeler için uzun bir deneye ulaşmalarını sağladı.

Leiden School ve Kamerlingh Onnes'in Mirası

Onnes'in laboratuvarı uluslararası işbirliği için bir merkez haline geldi. Fizikçiler, derin soğukta malzemelerin garip özelliklerini incelemek için Leiden'e seyahat etti. Katıların kuantum doğası – özellikle ısılar, termal iletkenlik ve elektrik direnci – haritalanmış olması gerekiyordu. Onnes'in titiz bir bilimsel disiplin olarak, yakında takip edecek süper iletkenlik devrimi için sahneyi ayarladı.

Süper iletkenliğin Yükselişi: Sıfır Direniş ve Mükemmel Diamagnetism

1911'de Onnes ve ekibi, bir paracury telinin elektrik direncini ölçtü - bir malzeme kesinlikle enerji kaybıyla elektrikle hareket etti. Onnes 1913 yılında Nobel Ödülü'nü aldı.

Erken Milestonelar ve Malzeme Arama

İlk heyecan, süper iletkenliğin kırılgan doğası tarafından üzülüyordu. Erken süper iletkenler bile mütevazı manyetik alanlarda mükemmel iletkenliği kaybettiler veya 1914'te, Onnes, daha yüksek geçiş sıcaklıkları ile sadece birkaç yüz gauslu bir uzayın süper iletkenliği yok edebilirdi.Bu kritik alan daha sağlam malzemeler için bir av sınırlaması yarattı.

BCS Teorisi: Mechanism Anlamak

1957 yılına kadar John Bardeen, Leon Cooper ve John Robert Schrieffer BCS teorisini formüle etmedi, sonunda 1972 Nobel Ödülü kazandı. Teori, normalde direnişi yaratan enerji kaybını açıkladı.

Tip-II Superconductors ve High Manyetik Alanlar

İkinci büyük atılım, tüm manyetik alanları ( Meisner etkisi) kritik bir noktaya kadar, tip II süper iletkenleri, manyetik rezonansa nüfuz etmek için manyetik flux'ın hala daha geniş bir alan aralığında sıfır direncini sürdürmesine izin verdi.Bu malzemeler bugün birçok yüksek alan uygulamaları geliştirmektedir.

Yüksek hacimlilık Devrimi

75 yıl boyunca, süper iletken geçiş ısısını yükselten ilerleme (Tc) acı verici bir şekilde yavaştı, 1973'te Nb3Ge'te sadece 23 K'ü elde etti. O zamanlar, 1986'da Georg Bednorz ve Alex Müller, Zürih'te süper iletken bir şekilde sıvıyakırık bir betonda (sağda) malzeme, 35 K. Bilimsel dünya patlak verdi ve diğer gruplar halinde Tc'de 77 K'de çıktı.

Bednorz ve Müller'in arsadığı keşif:0) Yüksek sıcaklık süper iletkenleri [HTS) onları 1987 Nobel Ödülü kazandı ve yoğun bir küresel araştırma yaptı. ve arketipik HTS malzeme, yttrium barium bakır oksit (YBCO), bazı parasal su kaynaklarına sahip olmak üzere 92 K. 164'ye kadar eklenmiş demir baskı ve bakır yağdırmış aileler gibi.

Unconventional Pairing ve devam eden Bulmacalar

HTS malzemeleri hala tam bir teorik anlayıştan yoksundur. Geleneksel BCS süperconductors'un aksine, fononların medyate çiftleşme, panrates ve pnictides'deki mekanizma manyetik dalgalanmalar veya diğer egzotik etkileşimleri içerebilir. çiftleşme simetrisi, dalga geçmek yerine, dalga geçiyor ve faz diyagramı enigmatik piyon ve garip metal aşamaları içeriyor.

Teknolojik Uygulamalar: Hastanelerden Parçacık Kollektiflerine

Ağojeniklerin ve süper iletkenliğin evliliği, stabil, yüksek güçlü manyetik alanları üretmek için manyetik rezonans görüntüleme (MRI), dünyada çok fazla sayıda MR-milyon dolarlık bir endüstriyi temsil eden onlarca MRG tarayıcıya sahiptir.

Enerji ve Güç İletim

Süper kablolar, Essen, Almanya'daki AmpaCity projesi için cazip bir çözüm sunuyor ve HTS kablolarının yoğun şehir merkezlerinde, ayak izi azaltmak ve uzun vadede operasyonel enerji maliyetlerini azaltırken, enerji gerektiren AmpaCity projesini talep ederken, uzun mesafelerde karşılaştırıldığında net verimlilik kazanımları elde ediyor.

Bilimsel Araştırma ve Dev Makineler

Süper iletken teknoloji üzerine inşa edilen en ikonik bilimsel enstrüman, 2012'de Higgs boson'un keşfine izin veriyor. 27-kilometreli mıknatıslar, süperfluid helium tarafından 1.9 K'a kadar soğutulmuş, Nb3Sn ve NbTi magnetleri daha sonra, süpernovatif olarak çarpıtmaya devam ediyor.

Kuantum Hesaplama ve Sensing

Süper qubits, pratik kuantum bilgisayarları oluşturmak için lider bir platformdur. Google, IBM ve diğerleri Dünya'nın göz ardı edilebilirliği, farmakoloji, malzeme karakterizasyonu ve temel fizik deneylerinin en hassas mıknatısları ölçebilme yeteneğine sahiptir.

Ulaşım: Maglev ve Beyond

Süper manyetik kullanım (maglev) trenleri Meissner etkisini ve flux pinning'i bir pistin üzerinde yüz yüzen, sürtünmeyi ortadan kaldırabilecek şekilde, 600 km / x hızlarını elde etmiş olsa da, HTS maglev sözlerine daha basit, daha verimli sistemlere araştırma yapıyor.

Ağojenik Mühendisliğinin Meydanlaştırılması

Her süperiletme uygulamasının arkasında sofistike bir kriyojenik sistem yatıyor. Helium düşük sıcaklık süper iletkenleri için birincil soğutucu kalır, ancak küresel helium tedariki son derece yüksek çözünürlükte ve güvenilir kriyoperticilere tabidir.

Oda-Temperature Superconductivity için Quest

Nihai hedef – ve kutsal grail – Kontenjant madde fizik, çevre basıncı ve sıcaklıkta süper iletkenler olduğu bir malzemedir.Ancak, son derece baskı deneylerinin lanthanum hipnozunda (H) [Dönetici:2] sadece 203 K'te 150 gigapasal basınç gözlemlendi.

Şimdi meydan okuma bu tür malzemeleri veya çevre basıncının yakınında stabilize etmektir. Bu elde etmek için gerekli kimyasal ve yapısal ayar muazzam.Templike yapılara, metastable aşamalara ve yeni sentez teknikleri hızlı bir şekilde devam eder. Başarı, endüstri devrimi tetikler: kayıpsız güç ızgaraları, ubiquitous maglev taşımacılığı, cebi büyüklükte MRG ve güçlü füzyon cihazları.

Societal Etkisi ve Future Outlook

Oda sıcaklığı süper iletkenliği, krigenler ve süper iletkenler zaten küresel ekonomiye ve insan refahına önemli ölçüde katkıda bulunuyorlar. Tıbbi tanılar, bilimsel keşif ve gelecek nesil hesaplamalar tüm bu soğuk-kanık fenomenlere güveniyor.[16] Hükümetler ve özel işletmeler ağır yatırım yapıyor: 0 )U.S. Enerji Bölümü

Ağojenikler ve süper iletkenlik arasındaki etkileşim, temel bilimin devrimci teknolojiyi nasıl sağlayabileceğini göstermektedir. Malzeme bilimi ve kriyojenik mühendisliğin ilerlemeye devam ettiği gibi, mümkün olan sınırın her zaman dışlanmasıdır. Önümüzdeki on yıllar sonunda bir dünyanın vaatlerine göre elektrik kaybı olmadan ve soğuk bir bariyer olmadığı konusunda bir söz verebilir.

Onnes'in ilk bakışı bugün kuantum bilgisayarlarına ve yarın füzyon reaktörlerine, krigenlerin ve süper iletkenliğin hikayesi çok fazla. Tüm bilimde en heyecan verici sınırlardan biri olmaya devam ediyor.