Se han resuelto dos misterios de la superconductividad a alta temperatura en los cupratos. Superconductividad de la habitación en grafito Superconductor a temperatura ambiente

23.07.2020

tomado de aquí - http://zoom.cnews.ru/rnd/news/top/sverhprovodimost_pri_komnatnoj_temperature

Superconductividad a temperatura ambiente Los físicos pudieron por primera vez crear superconductividad a temperatura ambiente y explicar la esencia de este fenómeno. La superconductividad duró menos de un segundo en un conductor cerámico, pero este logro es enorme en el desarrollo de la ciencia y la tecnología. Física Ciencias naturales

04.12.2014, jueves, 20:51, hora de Moscú

Un equipo internacional de físicos dirigido por científicos del Instituto Max Planck en Hamburgo pudo usar pulsos de láser para obligar a los átomos individuales en una red cristalina a un tiempo corto cambiar y por lo tanto mantener la superconductividad. Los pulsos de láser infrarrojo cortos hicieron posible por primera vez "activar" la superconductividad en un conductor cerámico a temperatura ambiente.

El fenómeno en el experimento dura solo unas pocas millonésimas de microsegundo, pero comprender el principio de la superconductividad a temperatura ambiente puede ayudar a crear nuevos tipos de superconductores que revolucionarán la tecnología moderna. problemas contemporáneos: permitirá crear baterías superpotentes para alimentar equipos de gran consumo energético como láseres o power drives, motores y generadores eléctricos con una eficiencia cercana al 100%, nuevos dispositivos médicos, diminutos pero potentes emisores de microondas, etc.

La superconductividad ya se está utilizando, por ejemplo, en escáneres de RMN, aceleradores de partículas, relés de alta potencia en centrales eléctricas. Sin embargo, los superconductores modernos requieren enfriamiento criogénico: metal a -273 grados Celsius y cerámica más moderna -200 grados Celsius. Está claro que esto limita en gran medida el uso generalizado de la superconductividad, especialmente en la vida cotidiana.

Desafortunadamente, no fue posible crear superconductividad a temperatura ambiente durante muchos años debido a las condiciones específicas en las que se produce. Así, uno de los superconductores cerámicos más prometedores YBCO (óxido de itrio-bario-cobre) tiene una estructura especial: delgadas capas dobles de óxido de cobre se alternan con capas intermedias más gruesas que contienen bario, cobre y oxígeno. La superconductividad en YBCO ocurre a -180 grados Celsius en capas dobles de óxido de cobre, donde los electrones pueden unirse y formar los llamados pares de Cooper. Estos pares son capaces de crear un "túnel" entre diferentes capas, es decir, atravesar las capas, como fantasmas a través de las paredes. Este efecto cuántico se observa solo por debajo de cierta temperatura.

En 2013, un equipo internacional que trabajaba en el Instituto Max Planck descubrió que pulsos cortos de un láser IR pueden inducir superconductividad en YBCO a temperatura ambiente durante un tiempo muy breve. No fue posible comprender la naturaleza de este fenómeno, solo el láser de rayos X más poderoso del mundo LCLS (EE. UU.) ayudó a "ver" la estructura atómica del material y los procesos ultracortos. Con su ayuda, los científicos realizaron una serie de experimentos complejos y publicaron el resultado de su descubrimiento en la publicación Nature.

Al final resultó que, un pulso de láser infrarrojo no solo hace vibrar los átomos, sino que también cambia su posición en el cristal. Como resultado, las capas dobles de dióxido de cobre se vuelven ligeramente más gruesas: 2 picómetros o 0,01 átomos de diámetro. Esto, a su vez, aumenta el acoplamiento cuántico entre las capas dobles hasta tal punto que el cristal se vuelve superconductor a temperatura ambiente en unos pocos picosegundos.

Superconductividad a temperatura ambiente: la excitación resonante de los átomos de oxígeno provoca oscilaciones (contornos borrosos) entre las capas dobles de óxido de cobre (capa: azul, amarillo cobre, rojo oxígeno). El pulso láser desequilibra los átomos por un corto tiempo, la distancia entre las capas disminuye y se produce la superconductividad.

Por lo tanto, los científicos han descubierto una forma potencial de crear superconductores que funcionen a temperatura ambiente. Si la teoría se puede convertir en una tecnología comercial (y en el caso de los actuales superconductores de baja temperatura, esto tomó alrededor de 20 años), entonces el progreso dará un gran salto. Los motores de automóviles a gasolina se convertirán en un anacronismo, el tiempo de funcionamiento continuo del teléfono inteligente se calculará no en horas, sino en meses, llegará el apogeo de los aviones eléctricos, trenes y autobuses levitando sobre un cojín magnético.

PD. Si esto es cierto y realizable como lentes de cerámica que se insertan en todas partes ahora, entonces... hay una posibilidad... oh, si esto es cierto...

En la naturaleza, todo está dispuesto de manera mucho más simple de lo que una persona supone en su pensamiento. Por ejemplo, todos están atormentados por la pregunta: ¿qué es superconductividad? ¿Por qué aparece en conductores sólo cuando temperaturas bajas Vaya ? Y la tercera pregunta es si superconductividad de la habitación? Pensemos en esto juntos.

En la fabricación de los imanes modernos, se presiona una mezcla de los polvos necesarios en la forma deseada, luego se inserta en la bobina, se le da una corriente y el imán está listo. La pregunta es, ¿por qué se almacena energía en el cuerpo de un imán permanente? Para responder a esta pregunta, hagamos un segundo experimento. Sobre el superconductor anillo en el criostato, enrollamos el cable y lo conectamos a un condensador cargado. Cuando se empuja una corriente en él, superconductor corriente y, como en un imán, un poderoso campo magnético se almacena y permanece durante muchos años. La respuesta a la última pregunta es extremadamente simple. En un imán permanente, cuando se empuja una corriente, similar superconductor corrientes, solo en los volúmenes de átomos y dominios, que detectamos visualmente con la ayuda de polvo de hierro en el polo de un imán, y cabe señalar que todo esto es a temperatura ambiente y superior, hasta el punto de Curie. Para los imanes, esta T curie es la temperatura crítica para la pérdida de magnetización, que es similar a la de cualquier superconductor T c - una temperatura de transición clara a un conductor convencional.

Desarrollo el conocimiento científico no tiene via principal. A veces, un investigador que ha descubierto una nueva dirección fundamental en la cognición la interpreta de la forma más simplificada debido a los pocos datos experimentales acumulados hasta ese momento. Además, esta forma, que no siempre es correcta, es recogida por otras personas de ideas afines y con el tiempo adquiere tales detalles y un poderoso aparato matemático capaz de enmascarar sus deficiencias que el desarrollo de la teoría continúa automáticamente. Esto es lo que sucedió con la conductividad electrónica de Drude, donde la energía en el conductor es transportada solo por electrones. Regresar en tal estado a las posiciones originales, más correctas, ya se está volviendo bastante difícil; la formación multigeneracional sólo lleva a un callejón sin salida, como ocurrió con superconductividad.

De acuerdo en que electricidad- hay una transferencia de energía a lo largo del conductor. Un electrón no puede ser un portador de energía en los conductores, ya que tiene una carga constante de 1.6.10 -19 Coulomb, que no puede cambiar por naturaleza, que generalmente no es adecuada para la transferencia de energía. Por alguna razón, a nadie le molesta que un electrón en un conductor se mueva en dirección opuesta de menos a más, aunque la energía (establecida por la práctica) va de más a menos (como en un átomo, del núcleo a los electrones). Además, se ha confirmado experimentalmente que la velocidad de un electrón, incluso en un metal, no supera los 0,5 mm/s, y la energía en el conductor se transfiere a la velocidad de la luz. En los aceleradores de sincrotrón, una onda electromagnética de radiofrecuencia arrastra un haz de electrones sobre sí misma para acelerarlos, y no al revés. Aquí el papel de la locomotora del tren está en la onda, los electrones son los vagones. Además, los electrones externos de los átomos del conductor están conectados por enlaces químicos, y se sabe que cuando la corriente permitida se mueve, las propiedades mecánicas del conductor no cambian, y lo máximo que pueden hacer los electrones es saltar de átomo en átomo. Un electrón puede almacenar energía solo en la fuerza (velocidad) de su movimiento, y al frenar, volcarla en forma de una pequeña onda electromagnética caótica de luz, que vemos en el ejemplo de la espiral de una bombilla. Lo mismo sucede en cualquier conductor, queda claro con un cortocircuito, cuando el conductor se quema con un brillo brillante. Y el último. Incluso Hertz, en los albores de la ingeniería eléctrica, hizo un experimento en el que en una línea eléctrica, muy claramente, con un simple espacio de chispas, demostró que la energía se transfiere no solo a través de los cables, sino principalmente entre cables, donde los electrones están prohibidos. . Aquí es donde funciona una onda electromagnética ordinaria. ¿No es todo esto convincente? Solo que no entender hechos tan simples llevó a una falta de conciencia del fenómeno. superconductividad. ¿De dónde proviene la onda electromagnética para la transferencia de energía en cables y superconductores según Hertz?

En cualquier conductor, semiconductor, dieléctrico, existen tres fuertes ondas electromagnéticas sobre electrones de valencia externos. Simplemente no existe otro poder similar en los electrones externos. El primero es plasma electrónico, en resumen, plasmaelectrónico. Físicamente, es una "multitud" electrónica debido a la repulsión de Coulomb de cargas similares. En magnitud, su energía oscila entre uno y varios electronvoltios. Se determina a partir de la experiencia por las pérdidas de energía características. En la práctica, se distinguen las oscilaciones electrónicas de plasma volumétricas y las oscilaciones superficiales, que son menores que las volumétricas por aproximadamente la raíz de dos.

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La segunda onda electromagnética de los electrones exteriores es la energía de Fermi. Supuestamente no está determinado experimentalmente en ninguna parte, por lo que las fabricaciones al respecto son demasiado diversas. De hecho, esta es la energía de rotación del electrón externo de cualquier átomo alrededor del núcleo y nada más, y el electrón recibe la energía de Fermi del núcleo, también tiene una frecuencia estrictamente definida (E f = h·ƒ, donde h es La constante de Planck, ƒ es la frecuencia) y se encuentra cerca de la energía plasmoelectrónica, ya que los electrones son los mismos: átomos externos. La posición de energía del electrón del plasma y la energía de Fermi en cualquier sustancia en espectroscopia óptica es el borde de la absorción principal (o el borde de la absorción fundamental), donde se encuentran los llamados excitones (explosión de energía de doble joroba en espectroscopia). Para aluminio 1,55 eV, para cobre 2,2 eV, para cerámica de itrio 1,95 eV. Las energías siempre están cerca, pero nunca se combinan como dos circuitos idénticos acoplados inductivamente. Si los circuitos se irradian con una frecuencia, entonces la frecuencia de un circuito disminuye debido al acoplamiento y la frecuencia del otro aumenta. Y la irradiación de electrones externos es una cosa: desde el núcleo. Tenga en cuenta que, por alguna razón, la fermienergía de los metales es ligeramente inferior a la del plasma electrónico, mientras que la fermienergía de los semiconductores y los dieléctricos es superior a la del plasmaelectrónico. Esta es la única razón por la que los metales tienen una serie de frecuencias laterales suficientemente potentes hacia la energía cero, lo que los convierte en buenos conductores. Y para semiconductores y dieléctricos, por el contrario, los del lado de baja frecuencia se reducen a tamaños pequeños (frecuencias de Stokes), y los de alta frecuencia se amplifican (anti-Stokes), por lo que conducen mal la electricidad. El cambio de magnitud de estas dos energías, que se produce por un empujón, explica la transición Dieléctrico - Metal.

La tercera onda electromagnética es el ion de plasma (ion-plasma). Es un elemento generalizador de todo tipo de vibraciones térmicas de los átomos (fonones). En todas las sustancias, está claramente determinado por la dispersión de luz Raman. Notemos que el ion de plasma "conduce" todo el equipo diversas vibraciones térmicas de la red de átomos en sustancias (fonones), cualquier cambio en esta energía conlleva un cambio en sus valores. En esta sección, debemos notar especialmente la dependencia de las oscilaciones acústicas longitudinales (la velocidad habitual del sonido en un conductor) en el plasma de iones. La energía de la onda de plasma de iones no supera los 0,1 eV, respectivamente, y su frecuencia es pequeña en comparación con las ondas electrónicas.

Las tres ondas electromagnéticas en conductores, semiconductores y dieléctricos se suman naturalmente en una sola onda. En materia tranquila, tiene la forma de una onda estacionaria. Hertz nos mostró esta onda única en la línea eléctrica con un simple espacio de chispas, y ahora todos los escolares en el aula física, y cualquiera que quiera estar debajo de una línea eléctrica de alto voltaje, puede verla con una bombilla de luz de neón. En caso de cualquier violación de la neutralidad, incluso debido a un desplazamiento accidental de electrones en el conductor, una sola onda se apresura a eliminar la violación y, arrastrando los electrones a sus lugares, restablece el orden como una anfitriona en un apartamento. Este movimiento de electrones al poner las cosas en orden es resistencia, ya que le quitan energía a una sola onda para el movimiento (como en un acelerador de sincrotrón) y, al detenerse, vierten el exceso de energía en forma de radiación caótica: calor. Hay un debilitamiento de la energía de una sola onda por la cantidad de eyección térmica de electrones. Cuando no hay nada que llevarse, entra en uno de pie: la anfitriona está descansando. La separación de electrones de inercia también ocurre en el experimento de Tolman-Stuart, pero medimos con un galvanómetro solo el voltaje de una sola onda, su excitación. En semiconductores, de forma puramente experimental, hemos aprendido un poco a controlar una sola onda. Al aplicar un voltaje a los extremos del cristal, cambiamos la posición de la plasmoelectrónica y la fermienergía en frecuencia en la dirección de aproximación, lo que hace que el valor de la resistencia disminuya. Al distribuir ambas energías en frecuencia (reduciendo el número de electrones debido a la aplicación de voltaje positivo), aumentamos la resistencia del transistor. Los semiconductores tienen las energías electrónicas más cercanas en términos de valor y, por lo tanto, son más fáciles de regular.

En la naturaleza, hay una resonancia de estas tres ondas electromagnéticas, dos electrónicas -plasma-electrónica y Fermi- con la tercera ion-plasma. En física, este hecho se conoce como resonancia de tres ondas. En este caso, la diferencia en la frecuencia de las energías electrónicas coincide con la frecuencia del ion-plasma. Se sabe por teoría; en el momento de la resonancia, la energía total de las tres ondas se bombea alternativamente al Fermi, luego al plasma-electrónico, luego a las ondas de ion-plasma. Cuando la energía total ingresa a la energía del plasma de iones, se excita todo el espectro de vibraciones térmicas de los átomos, lo que se ve experimentalmente a partir del aumento de la capacidad de calor en los conductores. En este momento, la velocidad del sonido también aumenta, lo que significa que la onda de sonido mueve los átomos más densamente y se estira a lo largo del conductor. Cuando los átomos se comprimen entre sí, los electrones también se comprimen, y así reciben energía adicional de los núcleos, mientras que en el momento de la divergencia de los átomos, el exceso de energía se vierte no al azar, sino en forma de piezas en una sola onda electromagnética, pero ya juntas, guiadas por su frecuencia, según el principio del láser. Esta adición amplifica la onda única, que se encuentra como resistencia negativa en los semiconductores.

Hay otro factor extraordinario extremadamente importante para superconductividad. Así dispuso la naturaleza que la onda acústica de compresión y rarefacción de los átomos entre sí sea bastante débil en sí misma, ya que parte de la energía se gasta en la formación de calor. Pero en un momento determinado puede ser amplificado por las vibraciones térmicas de los propios átomos, e incluso varias veces. Esta amplificación se llama vibraciones balísticas (fonones), que ocurren solo a temperaturas muy bajas. La amplificación ocurre solo en el momento de la transferencia de vibraciones térmicas del movimiento caótico a ciertas direcciones durante el enfriamiento, a lo largo de ejes estrictamente definidos del cristal debido al debilitamiento de otras direcciones. Este factor es el principal y determinante del comienzo de cualquier transición superconductora. Cada superconductor, debido a las peculiaridades de la red cristalina, tiene estrictamente sus propios fonones balísticos. Esto se encontró en cerámicas de alta temperatura en forma de una fuerte anisotropía en la conductividad actual. La inclusión de temperatura de estas vibraciones mejora la onda acústica, aprieta los electrones hacia los núcleos de los átomos con más fuerza, razón por la cual los electrones almacenan más energía y significativamente reforzar un unificado una onda electromagnética similar a la luz de un láser. Y de él, la energía resonante del plasma de iones recibe fuertes choques y hace que la onda acústica funcione con más violencia. Se forma una retroalimentación positiva completa, lo que te hace almacenar en superconductor dispositivos de almacenamiento de enorme energía incomparables con cualquier batería concebible. así que en superconductores tenemos dos factores principales compatibles: la aparición de una poderosa onda electromagnética única en los electrones externos y, debido a la aparición de oscilaciones balísticas, la creación reverso reforzado enlaces de energía a través de una onda acústica. Los electrones, que reciben energía adicional en este proceso, aceleran en sus órbitas, y como dos conductores con corrientes crecientes de la misma dirección se atraen entre sí contra la repulsión de Coulomb al espín "cierre" por los imanes. Las fuerzas de espín son de muy corto alcance, por lo que fijan el apareamiento de dos electrones sólo a distancias del orden de 10 -12 m. doble beneficio; los electrones apareados no impiden que la onda única se mueva y no le quitan energía con sus ondas de De Broglie. Y al mismo tiempo, bombeando constantemente hacia los núcleos de los átomos, reciben energía en choques y luego la bombean juntas en una sola onda para amplificarla. Tal par de electrones, a diferencia de un par de enlaces químicos, está casi libre en el espacio y, debido a los polos de sus propios imanes de corriente, siempre gira contra un campo magnético externo, y por su rotación crea diamagnetismo de la sustancia dada (una contracorriente). ocurre en él). La longitud de coherencia encontrada experimentalmente en superconductores, y es la longitud de la onda electromagnética única resonante (envolvente de la suma de tres ondas electromagnéticas).

Prácticamente no es difícil verificar estas consideraciones. No se conocen pocas sustancias con fuertes diamagnetismo incluso a temperatura ambiente, lo que significa que una sola onda, algo mejorada por la resonancia, ya está funcionando allí y hay pares de electrones listos para usar (por ejemplo, СuCl, SiC). Es necesario tomar dicha sustancia, determinar la frecuencia acústica y, en lugar de fonones balísticos, aplicarle vibraciones ultrasónicas de suficiente potencia (hacer el trabajo de la energía de plasma de iones). Esta acción fortalecerá el trabajo retroalimentación e iniciar el ciclo energético, el resultado será superconductor artificial a temperatura ambiente. Al mismo tiempo, debe recordarse que con una potencia ultrasónica insuficiente, solo cambiará el valor de la resistencia de la muestra. Es posible que algunos cristales con el efecto Gunn funcionen con este principio, donde se crean poderosas vibraciones eléctricas. Aparentemente, allí, por la acción del adjunto voltaje electrico por encima de 3 kilovoltios, las mismas oscilaciones balísticas ocurren a temperatura ambiente, pero por alguna razón a corto plazo, solo durante el período de oscilación. El ultrasonido en pequeños cristales puede ser reemplazado por pulsos de láser con tiempos de fermisegundos.

De acuerdo con el razonamiento anterior, es posible esbozar la forma de fabricar superconductor de la habitación. Es necesario tomar un material con fuertes enlaces químicos para la operación exitosa de una onda de sonido, determinar las tres ondas electromagnéticas con instrumentos e introducir átomos pesados o livianos en la red cristalina, lograr una resonancia de tres ondas. Y luego ajuste la fuerza de retroalimentación de la onda de sonido primero con ultrasonido (o láser) y luego, mediante experimentos, desarrolle un método para excitar las vibraciones balísticas. El carburo de silicio es adecuado para esto, y en el futuro el mejor superconductor el material será carbono ordinario, ya que en sus escalas los enlaces químicos más fuertes de la naturaleza, respectivamente, para la ocurrencia superconductividad Se requiere una energía mínima de vibraciones balísticas.

En conclusión, notamos que un superconductor difiere de todos los demás materiales por un unificado resonante interno. onda electromagnética en electrones externos y trabajando en tándem con vibraciones balísticas de átomos (fonones). Evidencia de esto es el recientemente descubierto experimentalmente volumétrico y superficie superconductividad BB-enlace a publicación

¡Muchas gracias por su contribución al desarrollo de la ciencia y la tecnología domésticas!

Un equipo internacional de físicos dirigido por científicos del Instituto Max Planck en Hamburgo pudo usar pulsos de láser para obligar a los átomos individuales en una red cristalina a moverse durante un corto tiempo y, por lo tanto, mantener la superconductividad. Los pulsos cortos de láser infrarrojo hicieron posible por primera vez "activar" la superconductividad en un conductor cerámico a temperatura ambiente.

El fenómeno en el experimento dura solo unas pocas millonésimas de microsegundo, pero comprender el principio de la superconductividad a temperatura ambiente puede ayudar a crear nuevos tipos de superconductores que revolucionarán la tecnología moderna para impulsar motores, motores eléctricos y generadores con una eficiencia cercana al 100 %. , nuevos dispositivos médicos, diminutos pero potentes emisores de microondas, etc.

Derechos de autor de la imagen Thinkstock Captura de imagen Los superconductores se pueden utilizar para crear redes eléctricas

A unos -270 grados centígrados, algunos metales pasan una corriente eléctrica sin resistencia. Sin embargo, los científicos han aprendido a lograr la superconductividad a una temperatura más alta de unos 130 Kelvin (-143 Celsius), y no se detienen ahí, creyendo que esta valiosa propiedad se puede reproducir a temperatura ambiente.

Los superconductores se caracterizan por la ausencia total de resistencia. Los llamados superconductores del primer tipo desplazan completamente el campo magnético.

Sustancias similares del segundo tipo permiten la presencia de superconductividad y un fuerte campo magnético al mismo tiempo, lo que hace que su rango de aplicaciones sea extremadamente amplio.

¿Qué es la superconductividad?

El fenómeno en sí fue descrito por el químico y físico holandés Heike Kammerling-Ottes en 1911. Ganó el Premio Nobel dos años después.

Por primera vez, el concepto de superconductividad apareció en los trabajos científicos del académico soviético Lev Landau, quien, por cierto, también recibió el Premio Nobel por su trabajo en 1962.

La superconductividad de los metales se explica utilizando el concepto de los llamados "pares de Cooper": dos electrones combinados a través de un cuanto con un momento angular total cero.

Apareamientos similares de electrones ocurren en la red cristalina de algunos metales cuando se enfrían a temperaturas extremadamente bajas.

Más tarde, sin embargo, utilizando cupratos - cerámica con un alto contenido de cobre - los científicos lograron la superconductividad a temperaturas significativamente más altas que el punto de ebullición del nitrógeno (-196 Celsius), lo que, dada la producción generalizada de nitrógeno líquido, hace que las sustancias sin resistencia sean relativamente convenientes. usar.

Gracias a estos experimentos, los superconductores se generalizaron y se utilizan hoy en día, en particular, para obtener imágenes en dispositivos de diagnóstico médico, como escáneres magnéticos y resonadores magnéticos.

También se utilizan ampliamente en aceleradores de partículas en la investigación física.

¿Y luego el grafeno?

El profesor de la Universidad Aalto de Helsinki y el Instituto Landau de Física Teórica de la Academia Rusa de Ciencias Grigory Volovik en la Conferencia Internacional de Moscú sobre Tecnologías Cuánticas habló sobre la posible obtención de superconductividad a altas temperaturas utilizando grafeno - modificación plana.

Se prevé que el grafeno, como los superconductores, tenga un futuro brillante: los fabricantes tanto de bombillas como de chalecos antibalas están interesados en él, sin mencionar sus perspectivas en microelectrónica.

Derechos de autor de la imagen IBM Captura de imagen En condiciones normales, el grafeno exhibe las propiedades de un semiconductor.

Su potencial fue descrito por físicos teóricos a lo largo del siglo XX, pero llegó a la investigación práctica solo en el siglo XXI: fue para la descripción de las propiedades del grafeno aislado del grafito que Konstantin Novoselov y Andrey Geim vinieron de Rusia.

Según Volovik, el conocimiento sobre las propiedades de los campos electromagnéticos puede permitir construir un superconductor basado en bandas de energía planas, que se pueden observar en el grafeno "ideal".

Y, sin embargo, ¿qué pasa con la temperatura ambiente?

La zona plana característica del grafeno ideal debería tener energía cero en todo su plano.

Sin embargo, la estructura real de la modificación alotrópica bidimensional del carbono a menudo se parece a una "salchicha aplanada", dice el profesor Volovik.

Sin embargo, los expertos no se desaniman: en este momento, los teóricos están trabajando en varias opciones para la aparición de lo necesario para crear superconductividad en condiciones de la habitación zona de energía plana, entre los que se encuentran los gases sobreenfriados.

El año pasado, físicos estadounidenses de la Universidad de Stanford descubrieron cómo se podía poner en práctica la superconductividad del grafeno utilizando capas de carbono monoatómico -en realidad, grafeno- y calcio superpuestos en un "sándwich".

Desde hace poco más de un año, los científicos británicos, podemos hablar de una notable reducción en el costo de producción de los materiales necesarios.

La tarea, como dicen todos los expertos mencionados anteriormente, ahora es encontrar formas de producir grafeno sin defectos en grandes volúmenes.

Sólido, líquido, gas, plasma... ¿qué más?

Uno de los estados de la materia para los que se observa la superconductividad y otros efectos cuánticos es el condensado de Bose-Einstein, llamado así por el trabajo teórico del físico indio Satyendra Bose y Albert Einstein.

Derechos de autor de la imagen Biblioteca de fotos científicas Captura de imagen Satyendra Bose fue pionera en el estudio del comportamiento de partículas a cero Kelvin

Es una forma especial de materia: es el estado de agregación de fotones y otras partículas elementales relacionadas con los bosones a temperaturas cercanas a cero kelvin.

En 1995, 70 años después de la publicación de las justificaciones teóricas de Bose y Einstein, los científicos pudieron observar el condensado por primera vez.

Solo en 2010 los físicos lograron obtener tal condensado para fotones.

En particular, la profesora del Instituto de Ciencia y Tecnología de Skolkovo, Natalya Berloff, quien habló en la conferencia, describió el comportamiento de los polaritones, cuasipartículas que surgen cuando los fotones interactúan con excitaciones elementales del medio.

Berloff dijo que trató de presentar la aplicación de la teoría cuántica al primer ministro Dmitry Medvedev y al viceprimer ministro Arkady Dvorkovich el verano pasado como una iniciativa nacional.

Algunos de los estudiantes del Instituto de Ciencia y Tecnología Skolkovo ya participan activamente en la investigación internacional; en particular, los estudiantes de Berloff forman parte del equipo de físicos que describen el comportamiento de los polaritones mencionados.

La superconductividad es uno de los fenómenos más misteriosos, notables y prometedores. materiales superconductores que no tienen resistencia eléctrica, puede conducir corriente casi sin pérdidas, y este fenómeno ya se utiliza con fines prácticos en algunas áreas, por ejemplo, en los imanes de las instalaciones de tomografía nuclear o en los aceleradores de partículas. Sin embargo, los materiales superconductores existentes deben enfriarse a temperaturas extremadamente bajas para adquirir sus propiedades. Pero los experimentos realizados por científicos en el transcurso de este año y el pasado han arrojado algunos resultados inesperados que podrían cambiar el estado actual de la tecnología de superconductores.

Un equipo internacional de científicos dirigido por científicos del Instituto Max Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia Para el Estructura y Dinámica de la Materia), trabajando con uno de los materiales más prometedores - superconductor de alta temperatura de cobre-bario-óxido de itrio (YBa2Cu3O6 + x, YBCO), encontró que el impacto en este material cerámico Los pulsos de luz láser infrarroja hacen que algunos átomos de este material cambien su posición en la red cristalina por un corto tiempo, aumentando la manifestación del efecto de superconductividad.

Los cristales del compuesto YBCO tienen una estructura muy inusual. Fuera de estos cristales hay una capa de óxido de cobre, que cubre las capas intermedias, que contienen bario, itrio y oxígeno. El efecto de la superconductividad tras la irradiación con luz láser surge precisamente en las capas superiores de óxido de cobre, en las que se produce una formación intensiva de pares de electrones, los llamados pares de Cooper. Estos pares pueden moverse entre las capas del cristal debido al efecto túnel, y esto indica la naturaleza cuántica de los efectos observados. Y en condiciones normales, los cristales de YBCO se vuelven superconductores solo a temperaturas por debajo del punto crítico de este material.

En experimentos realizados en 2013, los científicos descubrieron que al iluminar un cristal YBCO con pulsos de láser infrarrojo de alta potencia, el material se vuelve superconductor durante un breve período, incluso a temperatura ambiente. Evidentemente, la luz láser tiene un efecto sobre la adherencia entre las capas del material, aunque el mecanismo de este efecto todavía no está del todo claro. Y para conocer todos los detalles de lo que está sucediendo, los científicos recurrieron a las capacidades del láser LCLS, el láser de rayos X más potente hasta la fecha.

“Comenzamos a golpear el material con pulsos de luz infrarroja, lo que excitó algunos de los átomos, haciéndolos vibrar a una amplitud bastante fuerte”.
dice Roman Mankowsky, físico del Instituto Max Planck,"Luego usamos un pulso de láser de rayos X, inmediatamente después de un pulso de láser infrarrojo, para medir el valor exacto de los desplazamientos que ocurrieron en la red cristalina".

Los resultados obtenidos mostraron que el pulso de luz infrarroja no solo excitaba y hacía vibrar a los átomos, sino que su impacto provocaba un desplazamiento de su posición en la red cristalina. Esto hizo que la distancia entre las capas de óxido de cobre y otras capas del cristal fuera más pequeña durante un tiempo muy breve, lo que a su vez condujo a un aumento en la manifestación del efecto de anclaje cuántico entre ellas. Como resultado, el cristal se convierte en un superconductor a temperatura ambiente, aunque este estado solo puede durar unos pocos picosegundos.

“Nuestros resultados nos permitirán realizar algunos cambios y mejorar la teoría existente de los superconductores de alta temperatura. Además, nuestros datos brindarán una asistencia invaluable a los científicos de materiales que están desarrollando nuevos materiales superconductores de alta temperatura con una temperatura crítica alta. - dice Roman Mankovsky, -“Y, en última instancia, espero que todo esto conduzca a la realización del sueño de un material superconductor que funcione a temperatura ambiente, que no necesite ser enfriado en absoluto. Y la aparición de dicho material, a su vez, podrá proporcionar muchos avances en muchas otras áreas que utilizan el fenómeno de la superconductividad en su beneficio.