Dvě záhady vysokoteplotní supravodivosti v kuprátech byly vyřešeny. Pokojová supravodivost v grafitovém supravodiči při pokojové teplotě

23.07.2020

převzato odtud - http://zoom.cnews.ru/rnd/news/top/sverhprovodimost_pri_komnatnoj_temperature

Supravodivost při pokojové teplotě Fyzikům se poprvé podařilo vytvořit supravodivost při pokojové teplotě a vysvětlit podstatu tohoto jevu. Supravodivost trvala v keramickém vodiči méně než sekundu, ale tento úspěch je obrovským úspěchem ve vývoji vědy a techniky. Fyzika Přírodní vědy

04.12.2014, čt, 20:51, moskevského času

Mezinárodnímu týmu fyziků pod vedením vědců z Institutu Maxe Plancka v Hamburku se podařilo pomocí laserových pulzů přinutit jednotlivé atomy v krystalové mřížce, aby krátký čas posun a tím i udržení supravodivosti. Krátké infračervené laserové pulsy umožnily poprvé „spustit“ supravodivost v keramickém vodiči při pokojové teplotě.

Jev v experimentu trvá jen několik milióntin mikrosekundy, ale pochopení principu supravodivosti při pokojové teplotě může pomoci vytvořit nové typy supravodičů, které způsobí revoluci v moderní technologii. Takové supravodiče vyřeší mnoho současné problémy: umožní vytvořit supervýkonné baterie pro napájení energeticky náročných zařízení, jako jsou lasery nebo elektrické pohony, elektromotory a generátory s účinností blízkou 100 %, nové lékařské přístroje, malé, ale výkonné mikrovlnné zářiče atd.

Supravodivost se již používá například v NMR skenerech, urychlovačích částic, vysokovýkonových relé v elektrárnách. Moderní supravodiče však vyžadují kryogenní chlazení: kovové na -273 stupňů Celsia a modernější keramické -200 stupňů Celsia. Je jasné, že to značně omezuje rozšířené používání supravodivosti, zejména v každodenním životě.

Bohužel nebylo možné vytvořit supravodivost při pokojové teplotě po mnoho let kvůli specifickým podmínkám, za kterých k ní dochází. Jeden z nejslibnějších keramických supravodičů YBCO (yttrium-barium-copper oxide) má tedy speciální strukturu: tenké dvojité vrstvy oxidu mědi se střídají se silnějšími mezivrstvami, které obsahují baryum, měď a kyslík. Supravodivost v YBCO nastává při -180 stupních Celsia ve dvojitých vrstvách oxidu mědi, kde se mohou elektrony spojovat a vytvářet tzv. Cooperovy páry. Tyto dvojice jsou schopny vytvořit „tunel“ mezi různými vrstvami, tedy procházet vrstvami jako duchové stěnami. Tento kvantový efekt je pozorován pouze pod určitou teplotou.

V roce 2013 mezinárodní tým pracující v Institutu Maxe Plancka zjistil, že krátké pulsy IR laseru mohou vyvolat supravodivost v YBCO při pokojové teplotě na velmi krátkou dobu. Nebylo možné pochopit podstatu tohoto jevu, pouze nejvýkonnější rentgenový laser světa LCLS (USA) pomohl „vidět“ atomovou strukturu materiálu a ultrakrátké procesy. S jeho pomocí vědci provedli řadu složitých experimentů a výsledek svého objevu zveřejnili v publikaci Nature.

Jak se ukázalo, infračervený laserový puls atomy nejen rozvibruje, ale také změní jejich polohu v krystalu. Výsledkem je, že dvojité vrstvy oxidu měďnatého mírně zesílí - o 2 pikometry nebo 0,01 průměru atomu. To zase zvyšuje kvantovou vazbu mezi dvojitými vrstvami do takové míry, že se krystal stane supravodivým při pokojové teplotě během několika pikosekund.

Supravodivost při pokojové teplotě: rezonanční buzení atomů kyslíku způsobuje oscilace (rozmazané obrysy) mezi dvojitými vrstvami oxidu mědi (vrstva - modrá, měď žlutá, kyslík červená). Laserový puls vyvede atomy na krátkou dobu z rovnováhy, vzdálenost mezi vrstvami se zmenší a dojde k supravodivosti.

Vědci tak objevili potenciální způsob, jak vytvořit supravodiče, které fungují při pokojové teplotě. Pokud se podaří teorii přeměnit v komerční technologii (a v případě současných nízkoteplotních supravodičů to trvalo asi 20 let), pokrok udělá obrovský skok. Benzínové automobilové motory se stanou anachronismem, doba nepřetržitého provozu smartphonu se bude počítat nikoli na hodiny, ale na měsíce, přijde rozkvět elektrických letadel, levitujících vlaky a autobusy na magnetickém polštáři.

PS. Pokud je to pravda a realizovatelné, jako jsou keramické čočky vkládány všude, pak .. je tu šance .. oh, pokud je to pravda ..

V přírodě je vše uspořádáno mnohem jednodušeji, než člověk ve svém myšlení předpokládá. Každého například trápí otázka – co je supravodivost? Proč se objevuje v vodičů pouze když nízké teploty Ach ? A třetí otázka je zda pokojová supravodivost? Pojďme se nad tím společně zamyslet.

Při výrobě moderních magnetů se směs potřebných prášků vylisuje do požadovaného tvaru, poté se vloží do cívky, přivede se proud a magnet je hotový. Otázkou je, proč je energie uložena v těle permanentního magnetu? Abychom na tuto otázku odpověděli, udělejme druhý experiment. Na supravodivé kroužku v kryostatu namotáme drát a připojíme k nabitému kondenzátoru. Když je do něj tlačen proud, supravodivé proudu a podobně jako v magnetu je uloženo silné magnetické pole a zůstává po mnoho let. Odpověď na poslední otázku je velmi jednoduchá. V permanentním magnetu, když je tlačen proud, podobně supravodivé proudy, pouze v objemech atomů a domén, které vizuálně detekujeme pomocí železného prášku na pólu magnetu a nutno podotknout, že to vše je při pokojových teplotách a výše, až do Curieho bodu. Pro magnety je tato T curie kritickou teplotou pro ztrátu magnetizace, která je podobná jako u jiných supravodič T c - jasná přechodová teplota na konvenční vodič.

Rozvoj vědecké znalosti nemá hlavní silnici. Někdy výzkumník, který objevil nový základní směr v poznání, jej interpretuje v té nejzjednodušenější formě kvůli nemnoha experimentálním datům nashromážděným do té doby. Dále tuto formu, která není vždy správná, přebírají další podobně smýšlející lidé a postupem času získá takové detaily a výkonný matematický aparát schopný zamaskovat její nedostatky, že vývoj teorie automaticky pokračuje. To se stalo s elektronovou vodivostí Drude, kde je energie ve vodiči přenášena pouze elektrony. Vrátit se v takovém stavu do původních, správnějších poloh, už začíná být docela obtížné; vícegenerační trénink pouze posouvá kupředu do slepé uličky, jak se stalo s supravodivost.

Souhlasím, že elektřina- dochází k přenosu energie po vodiči. Elektron nemůže být nosičem energie ve vodičích, protože má konstantní náboj 1,6.10 -19 Coulomb, který se přirozeně nedá změnit, což se pro přenos energie vůbec nehodí. Z nějakého důvodu nikomu nevadí, že se elektron ve vodiči pohybuje opačným směrem od mínus do plus, ačkoli energie (stanovená praxí) jde z plusu do mínusu (jako v atomu, od jádra k elektronu). Navíc bylo experimentálně potvrzeno, že rychlost elektronu ani v kovu nepřesahuje 0,5 mm/s a energie ve vodiči se přenáší rychlostí světla. V synchrotronových urychlovačích radiofrekvenční elektromagnetická vlna táhne na sebe paprsek elektronů, aby je urychlila, a ne naopak. Zde je role lokomotivy vlaku ve vlně, elektrony jsou vagóny. Kromě toho jsou vnější elektrony atomů vodiče spojeny chemickými vazbami a je známo, že při pohybu povoleného proudu se mechanické vlastnosti vodiče nemění a nejvíce, čeho jsou elektrony schopny, je skok z atomu na atom. Elektron dokáže uchovat energii pouze v síle (rychlosti) svého pohybu a při brzdění ji vyvrhne v podobě malé chaotické elektromagnetické vlny světla, kterou vidíme na příkladu spirály žárovky. Totéž se děje v jakýchkoli vodičích, to se vyjasní při zkratu, kdy vodič vyhoří jasnou září. A poslední. Dokonce i Hertz na úsvitu elektrotechniky provedl experiment, kdy v elektrickém vedení velmi názorně, s jednoduchým jiskřištěm, ukázal, že energie se nepřenáší pouze dráty, ale hlavně mezi dráty, kde je zakázáno být elektrony. . Tady funguje obyčejná elektromagnetická vlna. Není to všechno přesvědčivé? Pouze nepochopení tak jednoduchých faktů vedlo k nedostatečnému povědomí o tomto fenoménu supravodivost. Odkud se bere elektromagnetická vlna pro přenos energie v drátech a supravodičech podle Hertze?

V každém vodiči, polovodiči, dielektriku jsou tři silné elektromagnetické vlny na vnějších valenčních elektronech. Žádná jiná taková síla na externích elektronech prostě není. První je plazmová elektronika, zkráceně - plazmaelektronická. Fyzicky jde o elektronický „dav“ díky Coulombovu odpuzování podobných nábojů. Ve velikosti se jeho energie pohybuje od jednoho do několika elektronvoltů. Je určeno ze zkušenosti charakteristickými energetickými ztrátami. V praxi se rozlišují objemové plazmově-elektronické oscilace a plošné oscilace, které jsou menší než objemové zhruba o odmocninu dvou.

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

Druhá elektromagnetická vlna na vnějších elektronech je Fermiho energie. Nikde se prý experimentálně neurčuje, takže výmysly o něm jsou příliš různorodé. Ve skutečnosti se jedná o rotační energii vnějšího elektronu libovolného atomu kolem jádra a nic víc a elektron přijímá Fermiho energii z jádra, má také přesně definovanou frekvenci (E f = hЧ ƒ, kde h je Planckova konstanta, ƒ je frekvence) a nachází se poblíž s plazmoelektronickou energií, protože elektrony jsou stejné - vnější atomy. Energetická poloha elektronu plazmatu a fermiho energie v jakékoli látce je v optické spektroskopii hrana hlavní absorpce (nebo hrana fundamentální absorpce), kde se nacházejí tzv. excitony (dvojhrbý energetický výboj ve spektroskopii). Pro hliník 1,55 eV, pro měď 2,2 eV, pro yttriovou keramiku 1,95 eV. Energie jsou si vždy blízké, ale nikdy se nekombinují jako dva identické indukčně vázané obvody. Pokud jsou obvody ozařovány frekvencí, pak frekvence jednoho obvodu klesá díky vazbě a frekvence druhého stoupá. A ozařování vnějších elektronů je jedna věc – z jádra. Všimněte si, že z nějakého důvodu je fermienergie kovů o něco nižší než plazmová elektronová, zatímco fermienergie polovodičů a dielektrik je vyšší než plazmaelektronová. To je jediný důvod, proč mají kovy řadu dostatečně silných bočních frekvencí směrem k nulové energii, což z nich dělá dobré vodiče. A u polovodičů a dielektrik naopak nízkofrekvenční boční spadají na malé velikosti (Stokesovy frekvence) a vysokofrekvenční jsou zesílené (anti-Stokesovy), takže nevedou dobře elektřinu. Změna velikosti těchto dvou energií, která vzniká tlakem, vysvětluje přechod dielektrikum - kov.

Třetí elektromagnetická vlna je plazmový iont (ion-plazma). Je zobecňujícím prvkem všech typů tepelných vibrací atomů (fononů). Ve všech látkách je jasně určován Ramanovým rozptylem světla. Všimněme si, že plazmový ion "vede" celý tým různé tepelné vibrace mřížky atomů v látkách (fononech), každá změna této energie s sebou nese změnu jejich hodnot. V této části bychom si měli všimnout především závislosti podélných akustických kmitů (obvyklá rychlost zvuku ve vodiči) na iontovém plazmatu. Energie iontově-plazmové vlny nepřesahuje 0,1 eV a její frekvence je ve srovnání s elektronickými vlnami malá.

Všechny tři elektromagnetické vlny ve vodičích, polovodičích, dielektrikách se přirozeně sčítají do jediné vlny. V tiché hmotě má podobu stojaté vlny. Tuto jedinou vlnu v elektrickém vedení nám Hertz ukázal jednoduchým jiskřištěm a nyní ji může s neonovou žárovkou vidět každý školák v učebně tělocviku a každý, kdo chce pod vedením vysokého napětí. V případě jakéhokoli porušení neutrality, a to i v důsledku náhodného vytěsnění elektronů ve vodiči, přispěchá jediná vlna, aby narušení odstranila a tažením elektronů na svá místa obnoví pořádek jako hostitelka v bytě. Tento pohyb elektronů při uvádění věcí do pořádku je odporem, protože odebírají energii jediné vlně pro pohyb (jako v synchrotronovém urychlovači) a při zastavení odvádějí přebytečnou energii ve formě chaotického záření - tepla. Dochází k zeslabení energie jediné vlny o množství tepelného výronu elektronů. Když není co odnášet, jde do stojící - hostitelka odpočívá. K oddělení inerciálních elektronů dochází i v Tolmanově-Stuartově experimentu, ale galvanometrem měříme pouze napětí jediné vlny, její vybuzení. V polovodičích jsme se čistě experimentálním způsobem trochu naučili ovládat jednu vlnu. Přivedením napětí na konce krystalu měníme polohu plazmoelektroniky a fermienergie frekvenčně ve směru aproximace, což způsobí pokles hodnoty odporu. Frekvenčním rozložením obou energií (snížením počtu elektronů přivedením kladného napětí) zvýšíme odpor tranzistoru. Polovodiče mají co do hodnoty nejbližší elektronické energie, a proto se snadněji regulují.

V přírodě dochází k rezonanci těchto tří elektromagnetických vln, dvou elektronických – plazmově-elektronických a Fermiho – s třetím iontovým plazmatem. Ve fyzice je tato skutečnost známá jako třívlnná rezonance. V tomto případě se rozdíl ve frekvenci elektronových energií shoduje s frekvencí iontového plazmatu. Je známo z teorie; v okamžiku rezonance je celková energie tří vln střídavě pumpována do Fermiho, pak do plazma-elektronických, pak do iontových-plazmových vln. Když celková energie vstoupí do energie iontu a plazmy, pak je excitováno celé spektrum tepelných vibrací atomů, což je experimentálně vidět z nárůstu tepelné kapacity ve vodičích. V tomto okamžiku se také zvyšuje rychlost zvuku, což znamená, že zvuková vlna pohybuje atomy hustěji a táhne se podél vodiče. Když se atomy stlačují mezi sebou, stlačují se i elektrony a takto dostávají další energii z jader, přičemž v okamžiku divergence atomů se přebytečná energie vyhazuje nikoli náhodně, ale ve formě kusy do jediné elektromagnetické vlny, ale již společně, vedené svou frekvencí, podle principu laseru. Toto přidání zesiluje jedinou vlnu, která se v polovodičích vyskytuje jako záporný odpor.

Je zde ještě jeden mimořádný faktor nesmírně důležitý pro supravodivost. Tak to příroda zařídila, že akustická vlna stlačování a řídnutí atomů mezi sebou je sama o sobě dost slabá, protože část energie se spotřebuje na tvorbu tepla. Ale v určitém okamžiku to může být zesíleno tepelnými vibracemi samotných atomů, a to i několikanásobně. Toto zesílení se nazývá balistické vibrace (fonony), ke kterým dochází pouze při velmi nízkých teplotách. Zesílení nastává až v okamžiku přenosu tepelných vibrací z chaotického pohybu do určitých směrů při ochlazování, - podél přesně definovaných os krystalu vlivem zeslabování ostatních směrů. Tento faktor je hlavním a určujícím začátkem každého supravodivého přechodu. Každý supravodič má kvůli zvláštnostem krystalové mřížky přísně své vlastní balistické fonony. To bylo zjištěno u vysokoteplotní keramiky ve formě ostré anizotropie v proudové vodivosti. Teplotní zahrnutí těchto vibrací zesiluje akustickou vlnu, silněji přitlačuje elektrony k jádrům atomů, proto elektrony ukládají více energie a výrazněji posílit jednotný elektromagnetická vlna podobná světlu v laseru. A z toho rezonanční iontově-plazmová energie dostává silné rázy a způsobuje, že akustická vlna působí prudčeji. Vytváří se plnohodnotná pozitivní zpětná vazba, která vás nutí ukládat supravodivé akumulační zařízení s obrovskou energií nesrovnatelnou s jakoukoli myslitelnou baterií. Takže dovnitř supravodiče máme dva hlavní kompatibilní faktory - vznik silné jediné elektromagnetické vlny na vnějších elektronech a v důsledku výskytu balistických oscilací vznik zesílený rub energetické vazby prostřednictvím akustické vlny. Elektrony, které přijímají další energii tento proces, zrychlují na svých drahách a protože dva vodiče se zvýšenými proudy stejného směru jsou k sobě přitahovány proti Coulombovu odpuzování k spinové "západce" magnety. Spinové síly jsou extrémně krátkého dosahu, takže fixují párování dvou elektronů pouze na vzdálenosti řádově 10 -12 m. dvojí prospěch; spárované elektrony nebrání jediné vlně v pohybu a svými de Broglieho vlnami z ní neberou energii. A přitom za neustálého pumpování až k jádrům atomů přijímají energii v nárazech a pak ji pumpují dohromady v jediné vlně, aby ji zesílily. Takový elektronový pár je na rozdíl od dvojice chemických vazeb v prostoru téměř volný a díky pólům vlastních proudových magnetů se vždy obrací proti vnějšímu magnetickému poli a svou rotací vytváří diamagnetismus dané látky (protiproud vyskytuje se v něm). Délka koherence zjištěná experimentálně v supravodiče, a je délkou rezonanční jediné elektromagnetické vlny (obálka ze sčítání tří elektromagnetických vln).

Ověřit tyto úvahy není prakticky těžké. Nemálo látek je známo se silnými diamagnetismus i při pokojové teplotě, což znamená, že tam už funguje jediná vlna, poněkud zesílená rezonancí a jsou tam hotové elektronové páry (například СuCl, SiC). Je potřeba takovou látku vzít, určit akustickou frekvenci a místo balistických fononů na ni aplikovat ultrazvukové vibrace dostatečné síly (udělat práci iontově-plazmové energie). Tato akce posílí práci zpětná vazba a spustit energetický cyklus, výsledek bude umělý supravodič při pokojové teplotě. Zároveň je třeba pamatovat na to, že při nedostatečném výkonu ultrazvuku se bude měnit pouze hodnota odporu vzorku. Je možné, že na tomto principu fungují některé krystaly s Gunnovým efektem, kde vznikají silné elektrické vibrace. Zřejmě tam, z akce připojených elektrické napětí nad 3 kilovolty dochází při pokojové teplotě ke stejným balistickým oscilacím, ale z nějakého důvodu krátkodobě, pouze po dobu oscilace. Ultrazvuk na malých krystalech lze nahradit laserovými pulzy s fermisekundovými časy.

Podle výše uvedené úvahy lze nastínit způsob výroby pokojový supravodič. Pro úspěšné fungování zvukové vlny je potřeba vzít materiál se silnými chemickými vazbami, určit pomocí přístrojů všechny tři elektromagnetické vlny a vnesením těžkých nebo lehkých atomů do krystalové mřížky dosáhnout třívlnné rezonance. A pak upravit zpětnovazební sílu zvukové vlny nejprve ultrazvukem (nebo laserem) a poté experimentálně vyvinout metodu buzení balistických vibrací. K tomu je vhodný karbid křemíku a do budoucna nejlepší supravodivé materiál bude obyčejný uhlík, protože v jeho měřítkách jsou nejsilnější chemické vazby z přírody, resp supravodivost je zapotřebí minimální energie balistických vibrací.

Na závěr poznamenáváme, že supravodič se od všech ostatních materiálů liší vnitřní, rezonanční jednotou elektromagnetická vlna na vnějších elektronech a pracující v tandemu s balistickými vibracemi atomů (fononů). Důkazem toho jsou experimentálně objevené nedávno objemové a povrchové supravodivost BB-odkaz na publikaci

Mnohokrát děkujeme za váš příspěvek k rozvoji domácí vědy a techniky!

Mezinárodnímu týmu fyziků pod vedením vědců z Institutu Maxe Plancka v Hamburku se podařilo pomocí laserových pulsů donutit jednotlivé atomy v krystalové mřížce, aby se po krátkou dobu pohybovaly a tím si zachovaly supravodivost. Krátké infračervené laserové pulsy umožnily poprvé „spustit“ supravodivost v keramickém vodiči při pokojové teplotě.

Jev v experimentu trvá jen několik milióntin mikrosekundy, ale pochopení principu supravodivosti při pokojové teplotě může pomoci vytvořit nové typy supravodičů, které znamenají revoluci v moderní technologii. pohony, elektromotory a generátory s účinností blízkou 100 % , nové lékařské přístroje, maličké, ale výkonné mikrovlnné zářiče atd.

Autorská práva k obrázkům Thinkstock Popisek obrázku Supravodiče lze použít k vytvoření elektrických sítí

Při asi -270 stupních Celsia procházejí některé kovy elektrickým proudem bez odporu. Vědci se však naučili dosáhnout supravodivosti při vyšší teplotě asi 130 kelvinů (-143 Celsia) a nezůstali jen u toho, protože věří, že tuto cennou vlastnost lze reprodukovat při pokojové teplotě.

Supravodiče se vyznačují úplnou absencí odporu. Takzvané supravodiče prvního druhu zcela vytlačují magnetické pole.

Podobné látky druhého druhu umožňují přítomnost supravodivosti a zároveň silného magnetického pole, což činí jejich rozsah použití extrémně široký.

Co je supravodivost?

Samotný jev popsal holandský chemik a fyzik Heike Kammerling-Ottes v roce 1911. O dva roky později získal Nobelovu cenu.

Poprvé se pojem supravodivost objevil ve vědeckých pracích sovětského akademika Lva Landaua, který byl mimochodem za svou práci v roce 1962 oceněn také Nobelovou cenou.

Supravodivost kovů je vysvětlena pomocí konceptu takzvaných "Cooperových párů": dva elektrony spojené prostřednictvím kvanta s celkovým nulovým momentem hybnosti.

Podobné párování elektronů se vyskytuje v krystalové mřížce některých kovů při ochlazení na extrémně nízké teploty.

Později však vědci pomocí kuprátů - keramiky s vysokým obsahem mědi - dosáhli supravodivosti při teplotách výrazně vyšších, než je bod varu dusíku (-196 stupňů Celsia), což vzhledem k rozšířené výrobě kapalného dusíku činí látky bez odporu relativně pohodlné. použít.

Díky těmto experimentům se supravodiče rozšířily a dnes se používají zejména pro zobrazování v lékařských diagnostických zařízeních, jako jsou magnetické skenery a magnetické rezonátory.

Jsou také široce používány v urychlovačích částic ve fyzikálním výzkumu.

A pak grafen?

Profesor Helsinské univerzity Aalto a Landauova institutu pro teoretickou fyziku Ruské akademie věd Grigorij Volovik na Moskevské mezinárodní konferenci o kvantových technologiích hovořil o možném získání supravodivosti za vysokých teplot pomocí grafenu - plošné modifikace.

Grafenu, stejně jako supravodičům, se předpovídá zářná budoucnost – zajímají se o něj výrobci žárovek i neprůstřelných vesty, nemluvě o jeho perspektivách v mikroelektronice.

Autorská práva k obrázkům IBM Popisek obrázku Za normálních podmínek vykazuje grafen vlastnosti polovodiče

Jeho potenciál popisovali teoretičtí fyzici celé 20. století, do praktického výzkumu se však dostal až ve 21. století: právě pro popis vlastností grafenu izolovaného z grafitu přišli z Ruska Konstantin Novoselov a Andrey Geim.

Znalosti o vlastnostech elektromagnetických polí mohou podle Volovika umožnit sestrojit supravodič na bázi plochých energetických pásem, který lze pozorovat v „ideálním“ grafenu.

A přesto – co pokojová teplota?

Plochá zóna charakteristická pro ideální grafen by měla mít v celé své rovině nulovou energii.

Skutečná struktura dvourozměrné alotropní modifikace uhlíku však svou strukturou často připomíná "zploštělou klobásu", říká prof. Volovik.

Odborníci však neztrácejí odvahu: v současné době teoretici pracují na několika možnostech vzhledu nezbytných pro vytvoření supravodivosti v podmínky místnosti plochá energetická zóna, mezi nimiž jsou podchlazené plyny.

V loňském roce američtí fyzici ze Stanfordské univerzity přišli na to, jak lze supravodivost grafenu uvést do praxe pomocí vrstev monatomického uhlíku – vlastně grafenu – a vápníku navrstvených na sebe v „sendviči“.

Protože před více než rokem, britští vědci, můžeme mluvit o znatelném snížení nákladů na výrobu potřebných materiálů.

Úkolem, jak říkají všichni výše zmínění odborníci, je nyní najít způsoby, jak vyrábět bezvadný grafen ve velkých objemech.

Pevné, kapalné, plynné, plazmové... co ještě?

Jedním ze skupenství hmoty, u kterého je pozorována supravodivost a další kvantové efekty, je Bose-Einsteinův kondenzát, pojmenovaný podle teoretické práce indického fyzika Satyendry Bose a Alberta Einsteina.

Autorská práva k obrázkům Vědecká knihovna fotografií Popisek obrázku Satyendra Bose byl průkopníkem ve studiu chování částic při nule Kelvinů

Jde o zvláštní formu hmoty – jde o stav agregace fotonů a dalších elementárních částic souvisejících s bosony při teplotách blízkých nule kelvinů.

V roce 1995 - 70 let po zveřejnění teoretických zdůvodnění Bose a Einsteina - byli vědci schopni poprvé pozorovat kondenzát.

Teprve v roce 2010 se fyzikům podařilo takový kondenzát pro fotony získat.

Zejména přednášející Skolkovo Institute of Science and Technology Natalya Berloff, která na konferenci vystoupila, popsala chování polaritonů - kvazičástic, které vznikají při interakci fotonů s elementárními excitacemi média.

Berloffová uvedla, že se loni v létě pokusila představit aplikaci kvantové teorie premiérovi Dmitriji Medveděvovi a místopředsedovi vlády Arkadiji Dvorkovičovi jako národní iniciativu.

Někteří ze studentů Skolkovského institutu vědy a techniky se již aktivně zapojují do mezinárodního výzkumu – konkrétně Berloffovi studenti jsou součástí týmu fyziků, kteří popisují chování zmíněných polaritonů.

Supravodivost je jedním z nejzáhadnějších, nejpozoruhodnějších a nejslibnějších jevů. supravodivé materiály, které nemají elektrický odpor, může vést proud téměř beze ztrát a tento jev se již v některých oblastech využívá pro praktické účely, například u magnetů zařízení jaderné tomografie nebo urychlovačů částic. Stávající supravodivé materiály však musí být ochlazeny na extrémně nízké teploty, aby získaly své vlastnosti. Ale experimenty, které vědci provedli v průběhu tohoto a minulého roku, přinesly některé neočekávané výsledky, které by mohly změnit současný stav supravodičové technologie.

Mezinárodní tým vědců vedený vědci z Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter pro Structure and Dynamics of Matter), pracující s jedním z nejslibnějších materiálů - vysokoteplotním supravodičem měď-barium-yttrium oxid (YBa2Cu3O6 + x, YBCO), zjistil, že dopad na tento keramický materiál pulsy infračerveného laserového světla způsobí, že některé atomy tohoto materiálu nakrátko změní svou polohu v krystalové mřížce, čímž se zvýší projev efektu supravodivosti.

Krystaly sloučeniny YBCO mají velmi neobvyklou strukturu. Mimo tyto krystaly je vrstva oxidu mědi, pokrývající mezivrstvy, které obsahují baryum, yttrium a kyslík. Vliv supravodivosti při ozáření laserovým světlem vzniká právě ve svrchních vrstvách oxidu mědi, ve kterých dochází k intenzivní tvorbě elektronových párů, tzv. Cooperových párů. Tyto páry se mohou pohybovat mezi vrstvami krystalu díky tunelovému efektu, což ukazuje na kvantovou povahu pozorovaných efektů. A za normálních podmínek se krystaly YBCO stávají supravodičem až při teplotách pod kritickým bodem tohoto materiálu.

V experimentech provedených v roce 2013 vědci zjistili, že osvětlení krystalu YBCO vysoce výkonnými infračervenými laserovými pulzy způsobuje, že se materiál nakrátko stane supravodivým i při pokojové teplotě. Je zřejmé, že laserové světlo má vliv na adhezi mezi vrstvami materiálu, i když mechanismus tohoto efektu stále není zcela jasný. A aby vědci zjistili všechny podrobnosti o tom, co se děje, obrátili se na schopnosti laseru LCLS, dosud nejvýkonnějšího rentgenového laseru.

"Začali jsme na materiál narážet pulzy infračerveného světla, které excitovalo některé atomy a způsobilo, že vibrovaly s poměrně silnou amplitudou."
říká Roman Mankowsky, fyzik z Institutu Maxe Plancka,"Pak jsme použili rentgenový laserový puls, bezprostředně po infračerveném laserovém pulsu, abychom změřili přesnou hodnotu posunů, ke kterým došlo v krystalové mřížce."

Získané výsledky ukázaly, že puls infračerveného světla nejen excitoval a způsobil vibraci atomů, ale jeho dopad vedl k posunutí z jejich polohy v krystalové mřížce. Tím se vzdálenost mezi vrstvami oxidu mědi a dalšími krystalovými vrstvami na velmi krátkou dobu zmenšila, což následně vedlo ke zvýšení projevu efektu kvantového ukotvení mezi nimi. Výsledkem je, že krystal se při pokojové teplotě stává supravodičem, i když tento jeho stav může trvat jen několik pikosekund.

„Naše výsledky nám umožní provést některé změny a zlepšit stávající teorii vysokoteplotních supravodičů. Naše data navíc poskytnou neocenitelnou pomoc materiálovým vědcům, kteří vyvíjejí nové vysokoteplotní supravodivé materiály s vysokou hodnotou kritické teploty. - říká Roman Mankovský, -„A v konečném důsledku to vše, doufám, povede k uskutečnění snu o supravodivém materiálu, který pracuje při pokojové teplotě, který není třeba vůbec chladit. A vzhled takového materiálu bude zase schopen poskytnout spoustu průlomů v mnoha dalších oblastech, které využívají fenomén supravodivosti ve svůj prospěch.