בחיפוש אחר מוליכי-על בטמפרטורת החדר

דמיין עולם בו הרכבות מגנטיות (מגלב) הם דבר שבשגרה, מחשבים מהירים במהירות הבזק, בכבלי חשמל אין הפסד קטן וגלאי חלקיקים חדשים קיימים. זה העולם בו מוליכי-על בטמפרטורת החדר הם מציאות. עד כה זהו חלום העתיד, אך מדענים קרובים מתמיד להשגת מוליכות-על בטמפרטורת החדר.

מוליך טמפרטורת החדר (RTS) הוא סוג של מוליך טמפרטורה גבוהה (High-T)_ג או HTS) שפועל קרוב יותר ל טמפרטורת חדר מאשר אפס מוחלט. עם זאת, טמפרטורת ההפעלה מעל 0 ° C (273.15 K) היא עדיין הרבה מתחת למה שרובנו רואים בטמפרטורת החדר "רגילה" (20 עד 25 מעלות צלזיוס). מתחת לטמפרטורה הקריטית, ה- מוליך-על יש אפס התנגדות חשמלית וגירוש שדות שטף מגנטי. למרות שמדובר בפשטנות יתר, מוליכות-על יכולה להיחשב כמדינה מושלמת מוליכות חשמלית.

מוליכי-על בטמפרטורה גבוהה מציגים מוליכות-על מעל 30 K (-243.2 מעלות צלזיוס). בעוד שמוליך-על מסורתי חייב להיות מקורר בעזרת הליום נוזלי כדי להפוך למוליך-על, מוליך-טמפרטורה גבוה יכול להיות מקורר באמצעות חנקן נוזלי. מנצח-על בטמפרטורת החדר, לעומת זאת, יכול להיות מקורר בקרח מים רגיל.

העלאת הטמפרטורה הקריטית למוליכות העל לטמפרטורה מעשית היא גריל קדוש לפיזיקאים ומהנדסי חשמל. יש חוקרים הסבורים כי מוליכות העל בטמפרטורת החדר אינה אפשרית, בעוד שאחרים מצביעים על התקדמות שכבר עלתה על אמונות שהיו בעבר.

מוליכות העל התגלתה בשנת 1911 על ידי הייקה קמרלינג אוננס בכספית מוצקה מקוררת הליום נוזלי (פרס נובל לפיזיקה משנת 1913). רק בשנות השלושים הציעו המדענים הסבר כיצד פועלת מוליכות העל. בשנת 1933 הסבירו פריץ והינץ לונדון את הדברים אפקט מייסנר, בו מוליך-על מגרש שדות מגנטיים פנימיים. מהתיאוריה של לונדון צפו ההסברים לכלול את תיאוריית גינצבורג-לנדאו (1950) ותורת BCS מיקרוסקופית (1957, על שם ברדן, קופר ושריפר). על פי תורת ה- BCS, נראה היה כי מוליכות-על אסורה בטמפרטורות מעל 30 K. עם זאת, בשנת 1986, בדנורץ ומולר גילו את המוליך הראשון בטמפרטורה גבוהה, חומר מבוסס פרונטסקייט לקופרט, בעל טמפרטורת מעבר של 35 ק. הגילוי זיכה אותם בפרס נובל לפיזיקה משנת 1987 ופתח את הדלת לתגליות חדשות.

מוליך הטמפרטורה הגבוה ביותר עד כה, שהתגלה בשנת 2015 על ידי מיכאיל ארמטס וצוותו, הוא גופרית הידריד (H₃ס). לגופרית הידריד יש טמפרטורת מעבר בסביבות 203 K (-70 מעלות צלזיוס), אך רק בלחץ גבוה במיוחד (סביב 150 ג'יגה-סיבובים). חוקרים לנבא את הטמפרטורה הקריטית עשויה להיות מוגברת מעל 0 מעלות צלזיוס אם אטומי הגופרית מוחלפים על ידי זרחן, פלטינה, סלניום, אשלגן או טוריום ומופעל לחץ גבוה יותר. עם זאת, בעוד שמדענים הציעו הסברים להתנהגות מערכת ההידריד הגופרית, הם לא הצליחו לשכפל את ההתנהגות החשמלית או המגנטית.

התנהגות מוליכת-על בטמפרטורת החדר טענה עבור חומרים אחרים מלבד גופרית-הידריד. מוליך העל בטמפרטורה גבוהה תחמוצת נחושת איטריום בריום (YBCO) עשוי להפוך למוליך-על בטמפרטורה של 300 K באמצעות פעימות לייזר אינפרא אדום. הפיזיקאי במצב מוצק ניל אשקרופט מנבא כי מימן מתכתי מוצק צריך להיות מוליך-על בסמוך לטמפרטורת החדר. צוות הרווארד שטען כי ייצור מימן מתכתי דיווח כי אפקט מייסנר נצפה בגיל 250 ק. בהתבסס על זיווג אלקטרונים בתיווך אקסיטון (לא זיווג בתיווך לפונון של תורת BCS), זה מוליכות העל בטמפרטורה גבוהה אפשרית ניתן לראות בפולימרים אורגניים מתחת לימין תנאים.

דיווחים רבים על מוליכות-על-טמפרטורת החדר מופיעים בספרות המדעית, ולכן נכון לשנת 2018 ההישג נראה אפשרי. עם זאת, לעתים נדירות ההשפעה נמשכת זמן רב וקשה לשכפל באופן שטני. נושא נוסף הוא שיכול להידרש לחץ קיצוני להשגת אפקט מייסנר. לאחר הפקת חומר יציב, היישומים המובהקים ביותר כוללים פיתוח חיווט חשמלי יעיל ואלקטרומגנטים חזקים. משם השמיים הם הגבול מבחינת האלקטרוניקה. מוליך בטמפרטורת החדר מציע אפשרות לאובדן אנרגיה בטמפרטורה מעשית. טרם ניתן היה לדמיין את מרבית היישומים של RTS.

• מוליך טמפרטורת-החדר (RTS) הוא חומר המסוגל להוליכות-על מעל לטמפרטורה של 0 ° C. זה לא בהכרח מוליך בטמפרטורת החדר הרגילה.
• למרות שחוקרים רבים טוענים כי הבחינו במוליכות העל בטמפרטורת החדר, מדענים לא הצליחו לשכפל את התוצאות בצורה מהימנה. עם זאת, ישנם מוליכי-על בטמפרטורה גבוהה, עם טמפרטורות מעבר בין -243.2 מעלות צלזיוס ל- -135 מעלות צלזיוס.
• יישומים פוטנציאליים של מוליכי-על בטמפרטורת החדר כוללים מחשבים מהירים יותר, שיטות חדשות לאחסון נתונים והעברת אנרגיה משופרת.

• בדנורז, ג'. G.; מולר, ק. א. (1986). "מוליכות על גבוהה TC אפשרית במערכת Ba-La-Cu-O". Zeitschrift für Physik ב. 64 (2): 189–193.
• דרוזדוב, א. ע '; ארמטס, מ. אני.; טרויאן, אני. א.; Ksenofontov, V.; שילין, ש. אני. (2015). "מוליכות על קונבנציונאלית ב 203 קלווין בלחצים גבוהים במערכת ההידריד הגופרית". טבע. 525: 73–6.
• Ge, Y. פ.; ג'אנג, פ.; יאו, י. ג. (2016). "הדגמת העקרונות הראשונים של מוליכות-על בטמפרטורה של 280 K במימן גופרתי עם החלפת זרחן נמוכה". פיז. הכמרית ב. 93 (22): 224513.
• Khare, Neeraj (2003). ספר אלקטרוניקה של מוליכי-על בטמפרטורה גבוהה. CRC Press.
• מנקובסקי, ר.; סובדי, א.; Först, M.; מריאגר, ש. O.; Chollet, M.; למקה, ח. ת.; רובינסון, ג'. ש.; גלוניה, ג'. M.; מיניטי, מ. ע '; פרנו, א.; פכנר, מ.; ספרדין, נ. א.; Loew, T.; קיימר, ב.; ז'ורז ', א.; קוואלרי, א. (2014). "דינמיקת סריג לא לינארית כבסיס למוליכות העל המשופרת ב- YBa₂Cu₃הו_6.5". טבע. 516 (7529): 71–73.
• מוראצ'קין, א. (2004). מוליכות סופר-טמפרטורת החדר. הוצאת המדע הבינלאומית של קיימברידג '.