Исполнилось 100 лет с момента открытия явления сверхпроводимости.

9апреля 1911 года, нидерландский физик и химик Хейке Камерлинг-Оннес из Лейденского университета, используя сложную стеклянную криогенную установку, охладил ртуть дотемпературы в несколько градусов выше абсолютного нуля. После проведения этого опыта он набросал на клочке бумаги всего три слова, которые ознаменовали открытии совершенно нового физического явления. Эти слова в дословном переводе звучат так:"Ртуть, фактический ноль".Эти слова не вполне соответствовали случаю, но то, что увидел физик, было первым доказательством существования явления сверхпроводимости, способности веществ принизкой температуре не оказывать сопротивления движению электрического тока.

Сегодня, как и сто лет назад, сверхпроводимость привлекает ученых всего мира своим потенциалом для высокоэффективной передачи энергии. Но до сих пор использованиесверхпроводимости в широких масштабах так же невозможно из-за технических трудностей, даже несмотря на высокий уровень развития современных технологий. Теоретическое обоснование сверхпроводимости появилось приблизительно четыре десятилетия назад, когда ученые Джон Бардин, Леон Купер и Роберт Шриффер определили, что электроны в сверхпроводниках формируются в пары и ведут себя подобно сверхтекучей жидкости. Эта теория в своем дальнейшем развитии дала множество объяснений на некоторые фундаментальные физические вопросы, начиная от строения материи и заканчивая физикой нейтронных звезд.

Из-за трудности реализации практического использования явления сверхпроводимости, ее применение ограничивается, в основном, созданием сверхсильных магнитных полей в установках магнитно-резонансной томографии и больших научных установках, таких как широко известный Большой Адронный Коллайдер. Но использование сверхпроводящих энергетических сетей сейчас только начинается, несмотря на все трудности с этим связанные. Существует проект Tres Amigas Superstation, в рамках которого планируется соединить сверхпроводящими кабелями три основных энергетических системы США. Южная Корея планирует проложить сверхпроводящий подземный кабель для расширения возможностей своей энергетической сети.

Источник

Странное поведение высокотемпературных сверхпроводников указывает на существование нового состояния материи.

Изучая странное поведение высокотемпературных сверхпроводников, ученые, возможно, нашли новое состояние материи, отличное от твердого, жидкого, газообразного и плазменного состояний, которые известны в настоящее время. Это состояние возникает в момент перехода вещества через температурный интервал перехода в сверхпроводящее состояние, который составляет всего несколько тысячных долей градуса. По мнению ученых, электроны вещества, находящегося в этом состоянии выстраиваются в четкую упорядоченную структуру, которая не наблюдалась никогда ранее.

Сверхпроводники - это материалы, которые обладают нулевым электрическим сопротивлением и электрический ток, проходя через них, не тратит впустую энергию, нагреваяпроводник, как это происходит в обычных материалах. Обычно переход в сверхпроводящее состояние происходит у большинства материалов при чрезвычайно низких температурах, поэтому использование сверхпроводников до сих пор не нашло широкого применения. Ученые многих стран пытаются разрешить эту проблему, создав так называемые высокотемпературные сверхпроводники, материалы, обладающие сверхпроводимостью при комнатной температуре. Во время таких исследований обнаружилось, что в высокотемпературных сверхпроводниках более ярко выражено явление температурного интервала перехода, который имеет более широкое значение, чем в низкотемпературных сверхпроводниках. Переходя через этот промежуток электроны вещества переходят на новый энергетический уровень, готовясь объединиться в куперовские пары и перейти всостояние сверхпроводимости.

Находясь в промежутке температурного интервала перехода электроны вещества находятся в совершенно новом, отличном и от обычного, и от сверхпроводящего состояния.В течение 20 лет с момента открытия этого явления никто еще не был в состоянии выяснить, что именно происходит с электронами в этом состоянии и теперь исследователииз Национальной лаборатории ускорителя SLAC (SLAC National Accelerator Laboratory) и Стэнфордского университета собираются выяснить это. В случае удачи можно будет с точностью сказать, что же именно приводит к образованию промежутка температурного интервала перехода и создать новые высокоэффективные высокотемпературные сверхпроводники.

Исследовательская установка, которая используется для данных экспериментов, согласно данным SLAC, объединяет в себе три различных методики и технологии измерений, используемых для изучения поведения электронов в веществе, термодинамического поведения в объеме вещества, изменение динамических свойств электронов в течение длительного времени. Исследования показали, что находясь в фазе промежутка, электроны еще не разделились на куперовские пары, вместо этого они упорядочились, создавединую структуру, имеющую строгий и определенный порядок. К тому же, это электронное формирование остается еще некоторое время при переходе материала в сверхпроводящее состояние, просто до настоящего момента этого еще никто не замечал ранее.

Ученые сами еще не до конца уверены, что означает формирование этой электронной структуры и собираются выяснить об этом все в ближайшее время. Но, резюмируя, можно сказать, что открытие нового состояния вещества не только дает ответы на множество вопросов, но и открывает еще больше новых вопросов, связанных со свойствами электронов и теорией сверхпроводимости.

Источник