Новости космоса и технологий. » Физика » Растяжение делает сверхпроводник

Растяжение делает сверхпроводник

Опубликовал: Admin, 13-10-2020, 01:01, Физика, 32, 0

Растяжение делает сверхпроводник

Когда люди представляют себе «новые материалы», они обычно думают о химии. Но у физика Калифорнийского университета Ильи Сочникова есть другое предложение: механика.

Сочников работает с сверхпроводники . Сверхпроводники - это материалы, которые пропускают электричество без потери энергии. В нормальном проводнике - скажем, линия электропередачи - электрический ток постепенно снижается за счет трения и потерь. Таким образом, мы теряем до 90% электроэнергии, производимой нами. Но электрический ток может протекать через сверхпроводящую цепь вечно, без изменений. Практические сверхпроводники сделают электрические сети и многие устройства, включая новые компьютеры, намного более энергоэффективными.

Химики и металлурги годами экспериментировали с различными комбинациями элементов, пытаясь получить сверхпроводники, работающие при температурах, близких к комнатная температура (большинство сверхпроводников работают только тогда, когда они очень холодные.) Идея состоит в том, чтобы придумать идеальную комбинацию элементов, которые будут иметь точно правильную плотность электронов при правильных энергиях. Когда это происходит, электроны объединяются в пары и синхронно перемещаются через материал даже при температуре выше 77 градусов Кельвина, что является температурой жидкого азота. Это считается высокотемпературным сверхпроводником, потому что жидкий азот дешев в производстве и может использоваться в качестве хладагента. Но найти правильную химию для создания нового и лучшего высокотемпературные сверхпроводники был неуловимым.

Сочников и его ученики думают об этом иначе. Что, если механические изменения, такие как сжатие или растяжение, могут сделать материал сверхпроводником? В конечном итоге изменение химии связано с изменением расположения атомов и электронов в материале. Механические напряжения могут действовать по-разному.

Вместе со студентами физического факультета Хлоей Эррера, Ионой Цербином, Донни Дэвино и Джейкобом Франклином Сочников разработал машину, которая растягивает небольшой кусок сверхпроводника, чтобы посмотреть, что произойдет. Они выбрали титанат стронция, хорошо известный материал, который используется в высокотехнологичной электронике в виде больших и почти идеальных кристаллов, который становится сверхпроводником при температуре около 05 градуса Кельвина. Это до смешного холодно, холоднее даже жидкого гелия. Но титанат стронция ведет себя очень странно, когда так холодно. Его атомы поляризуются; это означает, что все они колеблются синхронно. Вы можете представить, как они все вместе нежно подпрыгивают вверх и вниз. Эти колебания имеют тенденцию связывать электроны вместе, помогая им двигаться как пара - вероятно, это то, что делает его сверхпроводящим.

Сочников и студенты в группе знали, что растяжение титаната стронция изменит колебания его атомов. Это, в свою очередь, может изменить движение электронов. Машина, которая растягивает кристалл, сделана из меди, чтобы отводить тепло от кристалла. Большая часть остальной части выработки покрыта золотом для отражения тепла снаружи. Для охлаждения материала используются три цилиндра; сначала до температуры жидкого азота (70K), затем жидкого гелия (4K), затем до кипящей смеси гелия-3 и гелия-4 (из-за странных квантовых эффектов он даже холоднее обычного жидкий гелий - всего несколько тысячных Кельвина! Действительно близко к абсолютному нулю!)

Вся установка приостановлена ​​в стальная рама который плавает на амортизаторы , чтобы никакие вибрации пола не мешали проведению эксперимента.

Когда Сочников, Эррера, Цербин, Давино и Франклин провели эксперимент и посмотрели на результаты, они обнаружили, что растягивается титанат стронция становится сверхпроводящим при температуре на 40% выше нормальной. В процентном отношении это огромный рост. Они считают, что это потому, что растяжение материала облегчает колебания атомов, более прочно склеивая электроны. Сейчас они работают над тем, чтобы вычислить, в чем разница, и планируют протестировать это на других материалах в ближайшем будущем.

«Обычно мы контролируем материалы химически. Здесь мы делаем это механически. Это дает нам еще один инструмент, позволяющий приблизить сверхпроводники к повседневной жизни и открывать новые функции», - говорит Сочников.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии