Сверхпроводимость, как свойство некоторых материалов обладать нулевым электрическим сопротивлением противоречит теории движения зарядов за счет разности потенциалов. Электрический ток в обычных проводниках обладает электрической силой в результате разности электрических потенциалов.
Теория сверхпроводимости утверждает, что вообще нет разности потенциалов на концах «сверхпроводящего» участка проволоки.
Теория сверхпроводимости допускает, что если отключить источник постоянного тока, а концы сверхпроводящего участка быстро соединить, то ток «сверхпроводимости» в таком замкнутом контуре будет течь бесконечно долго, ведь нет никакого сопротивления. Это утверждение полностью опровергает теорию о создании вечного двигателя.
С другой стороны, электрон в атоме также движется по кругу вокруг протона с постоянной скоростью и постоянным импульсом при постоянном магнитном поле. Это дает представление о центростремительном ускорении движущегося заряда в проводнике замкнутого круга, как это имеет место в атомном электроне, притягиваемом протоном.
Из-за этого мы можем думать о явлении сверхпроводимости как о квантовом явлении.
Опыт и теории
Теория сверхпроводимости основана на том, что электроны начинают перемещаться между атомами сверхпроводящего металла не теряя энергии и поэтому электрическое сопротивление отсутствует.
Ученые побили рекорд по созданию высокотемпературного сверхпроводника.
В настоящее время ученые уже изучили класс материалов, в которых они наблюдали сверхпроводимость при температурах около минус 23 градусов по Цельсию — скачок примерно на 50 градусов по сравнению с предыдущим подтвержденным рекордом.
Хотя сверхпроводимость произошла при чрезвычайно высоком давлении, результат все еще представляет собой большой шаг к созданию сверхпроводимости при комнатной температуре.
Сверхпроводимость при комнатной температуре конечная цель для ученых, чтобы иметь возможность использовать это явление для передовых технологий.
Точно так же, как медный провод проводит электричество лучше, чем резиновая трубка, определенные виды материалов лучше становятся сверхпроводящими. Сверхпроводящее состояние определяется двумя основными свойствами:
- материал обеспечивает нулевое сопротивление электрическому току;
- материал не может быть проникнут магнитными полями.
Потенциальные области применения этого столь же обширны, сколь и захватывающи: электрические провода без уменьшения тока, чрезвычайно быстрые суперкомпьютеры и эффективные поезда с магнитной левитацией.
Но ранее ученым удавалось создавать сверхпроводящие материалы только тогда, когда они охлаждается до чрезвычайно низких температур — первоначально минус 240 градусов по Цельсию, а в последнее время около минус 73 градусов по Цельсию. Поскольку такое охлаждение является дорогостоящим, оно ограничивает их применение в мире в целом.
Недавние теоретические предсказания показали, что новый класс материалов из сверхпроводящих гидридов может проложить путь к более высокотемпературной сверхпроводимости.
Ученые создали материал, называемый супергидридами лантана (LaH10), проверили его сверхпроводимость и определили его структуру и состав.
Ученые облучили образец нового сверхпроводящего материала рентгеновскими лучами, чтобы изучить его структуру с помощью усовершенствованного источника фотонов .
Единственная загвоздка заключалась в том, что материал необходимо было поместить под чрезвычайно высокое давление — от 150 до 170 гигапаскалей, что более чем в полтора миллиона раз превышает давление на уровне моря.
Только в этих условиях высокого давления материал — крошечный образец всего в несколько микрон в поперечнике — продемонстрировал сверхпроводимость при новой рекордной температуре.
Фактически, материал продемонстрировал три из четырех характеристик, необходимых для доказательства сверхпроводимости:
- он снизил свое электрическое сопротивление,
- снизил свою критическую температуру под воздействием внешнего магнитного поля
- показал изменение температуры, когда некоторые элементы были заменены другими изотопами.
Четвертая характеристика, называемая эффектом Мейснера, при котором вытесняется любое магнитное поле из сверхпроводящего материала. Материал помещают между двумя крошечными алмазами, чтобы создать необходимое давление, затем используют рентгеновские лучи для исследования его структуры и состава.
Поскольку температура, используемая для проведения эксперимента, находилась в пределах нормы, это делает конечную цель комнатной температуры — или, по крайней мере, 0 градусов Цельсия — кажущейся достижимой.
Изучается теория сверхпроводимости, ищутся новые материалы, которые могут создавать уникальные свойства в более естественных условиях.
Их следующее направление работы по теории и практики явления сверхпроводимости — снизить давление, необходимое для синтеза образцов, чтобы обеспечить критическую температуру ближе к окружающей среде. Далее создать образцы, которые можно было бы синтезировать при высоких давлениях, но при этом оставаться сверхпроводящими при нормальных давлениях. Учёные продолжают поиск новых и интересных соединений, которые принесут новые и часто неожиданные открытия.
