Ученые уже относительно давно выяснили, что достаточно сложносоставные сочетания меди – купраты, демонстрируют поведение отличное от классических металлов. А по результатам последних исследований ученые обнаружили в них абсолютно новое состояние вещества.
Использование этих материалов демонстрирует широкие перспективы в формировании высокотемпературных сверхпроводников, которые так нужны современной энергетике и всей промышленности в целом. Давайте разберемся, в чем же особенность этих «странных материалов».
Первые открытия высокотемпературных проводников
Уже в далеком 1911 г. в Голландии было совершено открытие сверхпроводимости. Было установлено, что при температуре всего в три Кельвина сопротивление ртути падает до нуля (электричество передается без каких-либо потерь).
Далее такой эффект наблюдался и в других материалах, но всегда температура, при которой наблюдалась сверхпроводимость оставалась экстремально низкой.
Изменения наступили только в 1986 году. Именно тогда инженеры IBM создали первый высокотемпературный сверхпроводник – купратлантана и бария. За это К. Мюллер и Г. Беднорц получили Нобелевскую премию.
Высокотемпературными называются сверхпроводники с минимальной температурой 77 Кельвин (но никак не ниже). Это температура, при оной кипит жидкий азот.
На текущий момент самым известным высокотемпературным сверхпроводником является BSCCO (биско сэндвич), состоящий из слоев оксида висмута, стронция, меди и чистейшего кальция.
Благодаря этим материалам были созданы особые приборы и изделия в электротехнике, транспорте и энергетике.
В чем загадка странных металлов
Несмотря на то, что купраты уже вовсю применяются, так из них выполнены сотни метров проводов в Большом Адронном Коллайдере. Ученые и по сей день не в полном объеме понимают физику высокотемпературной проводимости.
Теория БКШ (названа так в честь ее создателей Д. Бардина, Л. Купера и
Д. Шриффера) отлично описывает сверхпроводимость больше 30 Кельвин. Вот только при росте температуры, когда эффект сверхпроводимости исчезает, то купраты начинают себя вести не как обычные материалы.
Электрическое сопротивление купратов снижается линейно, а не пропорционально квадрату разницы температур. Это идет в разрез с теорией ферми-жидкости, которая была сформулирована Львом Ландау в 1956 г.
При экстремально низких температурах электроны демонстрируют поведение электронного газа, и встречающееся взаимодействие при этом описываются уравнениями квантовой механики.
При этом теория ферми-жидкости работает для подавляющего числа металлов, кроме пресловутых купратов. Именно поэтому физики их поместили в особый подраздел «странных металлов».
В таких «недометаллах» электроны перемещаются крайне слабо и на небольшие дистанции. При этом происходит интенсивное рассеивание энергии.
Поэтому «странные металлы» расположены аккурат посередине между обычными металлами и изоляторами.
Многочисленные исследования позволили обнаружить большое количество «недометаллов», но без каких-либо свойств сверхпроводимости. Это еще больше запутало ситуацию вокруг купратов.
Сверхпроводимость купратов и магнитное поле
А эксперимент, поставленный международной научной группой из США, Германии и Колумбии показал, что воздействие сильного магнитного поля в 60-70 Тесла (это огромная величина, при ней сверхпроводники теряют свои проводящие свойства) изменяет сопротивление купратов линейно, а не согласно квадратичному закону, как в случае с «нормальными» металлами.
Иначе говоря, купраты демонстрируют свойства металлов, но с огромной неохотой.
Новое состояние материи
По мере накопления экспериментальных данных о купратах свидетельствует, о том, что это есть ни что иное, как абсолютно уникальная форма материи, определяющаяся реалиями квантовой запутанности в макроскопическом мире.
А инженерной группе из Нью-Йоркского института Флэтайрон удалось создать цифровую модель «странных металлов», где подтвердилось предположение, что это есть ни что иное, как новое состояние материи. Так называемая промежуточная форма между обычными проводящими металлами и изоляционными материалами.
Так вот осталось придумать название для нового состояния вещества и продолжать исследования.
Понравился материал? Ставим лайк, подписываемся и комментируем. Спасибо, что прочитали до конца.