Чего нам ждать от открытий новых материалов?

Чего нам ожидать от открытий новых материалов?

Вобщем, сейчас в Топ-10 был пункт, по поводу которого спецы оказались на уникальность единодушны. Это открытие нового класса сверхпроводников на базе железа, изготовленное учеными из Токийского технологического института. Воодушевленные их примером, исследователи из огромного количества лабораторий мира здесь же кинулись на поиски схожих материалов — и много уже отыскали. Судя по всему, мы являемся очевидцами пришествия нового «стального века» — века высокотемпературных сверхпроводников.

В чем сущность революционного открытия? Сверхпроводимость сама по для себя имеет давнишнюю историю. Все началось в 1908 году, когда голландский физик Камерлинг-Оннес смог получить водянистый гелий — газ, упрямо сопротивлявшийся попыткам ученых перевести его в жидкость. Но при температуре адского холода в 4,2 Кельвина (это –269 градусов Цельсия), другими словами практически при абсолютном нуле, гелий все таки сдался. Будучи единственным на Земле владельцем этой воды, Камерлинг-Оннес немедля начал проводить с ней самые разные опыты. И уже в 1911 году сделал необычное, воистину феноменальное открытие — погруженная в водянистый гелий ртуть стопроцентно теряла электронное сопротивление. Из точки А в точку Б, где бы ни находились эти точки, электронный ток по «проводам» из ртути в водянистом гелии приходил без утрат.

Весть о новеньком свойстве было принято с энтузиазмом. Это логично: при передаче электроэнергии на расстояния на данный момент пропадает существенное ее количество, в неких случаях до четверти и даже трети. И если б удалось устранить эти утраты, также создать сверхэкономичные электронные устройства на сверхпроводниках, то вопрос недостатка энергии еще длительно не стоял бы перед населением земли. Казалось бы, неувязка была решена еще в 1911 оду. Принципно — да, но фактически только в неких очень специфичных случаях. Ведь передавать электронную энергию по проводам из ртути, погруженной в водянистый гелий, нереально. Конкретно это стало препятствием широкому распространению сверхпроводимости. Но исследователи не оставили попыток отыскать открытию практическое применение.

Сотки ученых перебрали тыщи металлов, которые переходили бы в сверхпроводящее состояние при более высочайшей температуре — хотя бы уже не в водянистом гелии, а в дешевеньком водянистом азоте (с температурой кипения –77,4 °С). Очень длительно ничего не выходило, удалось добиться температуры перехода только 23,2 К на соединении ниобия и германия. Выяснилось, что из таких соединений уже можно сделать проводник и лишить его сопротивления, погрузив в водянистый гелий. На именитом Большенном адронном коллайдере под Женевой витки сверхпроводящих магнитов сделаны из соединения ниобия и титана. Кстати, именитая катастрофа 19 сентября прошедшего года, из-за которой проект был временно приостановлен, произошла конкретно из-за выброса 6 тонн водянистого гелия, охлаждающего магниты.

В 1986 году случилось 2-ое величавое открытие в области сверхпроводимости. Ученые Беднорц и Мюллер на базе цюрихской исследовательской лаборатории нашли, что у керамики — сложного соединения оксидов лантана, бария и меди — температура перехода в состояние сверхпроводимости составляет 30 К (–243 °С). Невзирая на маленькое превышение предшествующего рекорда, это была революция — сверхпроводящие характеристики открыли не у металлов, а у керамики, которая обычно считается диэлектриком. Тогда же было подтверждено, что сверхпроводящие характеристики веществу присваивают слои оксида меди CuO. Уже в будущем году Беднорц и Мюллер получили за свое открытие Нобелевскую премию, что само по себе уникально. Обычно такие заслуги дают ой как не сходу! Здесь стоит увидеть, что еще в 1978 году подобные оксиды были синтезированы в СССР, при этом наши исследователи додумались испытать их на электронную проводимость, но довели дело только до температуры водянистого азота и сверхпроводимости не отыскали. Молвят, что водянистого гелия у их просто не было

Далее сверхпроводники посыпались, как из глиняной сахарницы. Уже в 1987 году был преодолен «азотный» барьер, и скоро на прилавках появились школьные наборы для демонстрации высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП). Фактически говоря, вот тогда и появился этот термин. А сам опыт очень прекрасен — кусок металла парит в воздухе над сверхпроводником, погруженным в водянистый азот. Этот эффект Мейснера (левитации) разъясняется особенными качествами ВТСП и назван «гробом Мухаммеда» — по преданию, гроб с телом мусульманского пророка висел в воздухе без поддержки. Так даже школьники могли познакомиться с экзотичными методами использования сверхпроводников — к примеру, поезда на сверхпроводящих магнитах в состоянии практически летать над землей, как Гарри Поттер во время игры в квиддич, и даже метла этим поездам не будет нужно.

В 1988 году поначалу было получено соединение с температурой повыше: 108 К, потом и 125 К. Лет пятнадцать вспять русские ученые на соединениях ртути достигнули сверхпроводимости при температуре 135 К, а при завышенном давлении даже 164 К. Последние успехи — на оксидах с добавками олова и индия достигнут новый итог: 212 К (–61 °С). Вобщем, эти данные носят подготовительный нрав, и вообщем сделать реальный провод не из металла достаточно трудно.

Так почему же вызвали таковой большой энтузиазм у научной общественности конкретно сверхпроводники на базе железа, открытые японскими учеными Иоити Камихарой, Такуми Ватанабэ и другими, синтезировавшими оксидное соединение LaO1-xFxFeAs, переходящее в сверхпроводящее состояние при температуре «всего» 26 К? Кстати, скоро китайские исследователи Чжи Рэн, Вэй Лу и другие из Государственной лаборатории сверхпроводимости Института физики Китайской академии получили сверхпроводник SmO1-xFxFeAs, имевший температуру сверхпроводимости 55 К. Заменив элемент самарий на схожий ему гадолиний и введя в керамику элемент торий, спецы физического факультета института Ханчжоу довели температуру сверхпроводимости до 56 К. Прекрасное достижение, но все равно это намного меньше, чем температура перехода у узнаваемых ВТСП. В чем все-таки дело?

Сначала в том, что это 1-ые некупратные сверхпроводники: в их составе нет меди (латинское заглавие меди — Cuprum), а означает, это вправду совсем новый класс сверхпроводящей керамики. Вобщем, не просто из-за отсутствия меди «стальные» сверхпроводники вызвали таковой большой энтузиазм ученых. Железо — ферромагнетик и обладает свойством самопроизвольно намагничиваться. Поэтому-то из него изготавливают школьные и большие промышленные магниты. При протекании тока по сверхпроводнику, как понятно из той же школьной программки, появляется магнитное поле и железо намагничивается. Но магнетизм и сверхпроводимость «не дружат», и при неком значении напряженности поля сверхпроводимость исчезает. Так что при обыкновенном давлении железо никогда не становится сверхпроводником — вынудить железо закончить сопротивляться току удается только при давлении около 15 тыщ атмосфер. А у новых веществ сверхпроводимость почему-либо не исчезает: вот это и открывает широкие перспективы. «Природу высокотемпературной проводимости мы до сего времени до конца не осознаем, — гласит главный научный сотрудник Института хим физики имени Н. Н. Семенова Андрей Лундин. — И возникновение нового класса веществ позволит осознать предпосылки появления сверхпроводимости и вести направленный синтез нужных соединений».

Кстати, пару лет вспять сверхпроводимость была найдена не у сложных смешанных оксидов, а у вещества очень обычного строения — диборида магния MgB2, при этом температура сверхпроводимости была достаточно велика: 39 К. Данный факт поразил исследователей, ведь диборид магния является обыденным лабораторным веществом, его можно просто «снять с полки». Но вот в конце прошедшего года опять китайские ученые, но уже с Тайваня (Фонг Су Чи и другие из Государственного института нового Китая), нашли сверхпроводящие характеристики у совершенно обычного соединения железа FeSe (селенид железа). Больше того, выяснилось, что сверхпроводниками могут быть все соединения этого металла не только лишь с селеном, да и с теллуром, сероватой и — жутко поразмыслить! — просто с кислородом. Почему жутко? Быстрее поразительно и даже дает магией. Если сверхпроводимость будет найдена у оксидов железа, да к тому же высокотемпературная, а вдруг и вообщем при комнатной температуре, снова придется вспомнить про «гроб Мухаммеда». Ведь оксиды железа — это рядовая стальная руда, встречающаяся в количестве млрд тонн всюду на нашей планетке. Неуж-то все эти сказки основаны на каких-либо реальных историях, связанных с естественной, природной сверхпроводимостью? К примеру, реальный гроб Мухаммеда находится в Медине на Аравийском полуострове. Нет ли там месторождений сверхпроводящей стальной руды?

Петр Образцов

Оригинал статьи на www.itogi.ru

Другие статьи:
Интернет журнал НЛО МИР

Всего комментариев: 0

Оставить комментарий

*

code

Редакция рекомендует

close
x