Kas yra superlaidžioji medžiaga

Kai temperatūra nukrinta iki tam tikros kritinės temperatūros, kai kurių medžiagų atsparumas visiškai išnyksta. Šis reiškinys vadinamas superlaidumu, o medžiagos su šiuo reiškiniu - superlaidžiosiomis medžiagomis. Kitas superlaidininkų bruožas yra tas, kad išnykus varžai, magnetinės indukcijos linijos nepraeis per superlaidininką. Šis reiškinys vadinamas diamagnetizmu.

Bendrųjų metalų (tokių kaip varis) varža palaipsniui mažėja mažėjant temperatūrai. Kai temperatūra yra artima 0K, jos varža pasiekia tam tikrą vertę. 1919 m. Olandų mokslininkas Onnesas naudojo skystą helį gyvsidabriui aušinti. Kai temperatūra nukrito iki 4,2 K (ty -269 ° C), jis nustatė, kad gyvsidabrio atsparumas visiškai išnyko.

Superlaidumas ir diamagnetizmas yra dvi svarbios superlaidininkų charakteristikos. Temperatūra, kai superlaidininko varža lygi nuliui, vadinama kritine temperatūra (TC). Superlaidžių medžiagų tyrimo problema yra prasiveržti pro&temperatūros barjerą GG, tai yra surasti aukštos temperatūros superlaidžių medžiagų.

Praktinės superlaidžios medžiagos, kurias vaizduoja NbTi ir Nb3Sn, buvo parduodamos ir buvo naudojamos daugelyje sričių, pavyzdžiui, žmogaus branduolinio magnetinio rezonanso vaizdavimas (NMRI), superlaidūs magnetai ir dideli greitintuvo magnetai; SQUID buvo naudojamas kaip superlaidininkų silpnos srovės programų modelis. Jis vaidina svarbų vaidmenį matuojant silpnus elektromagnetinius signalus, o jo jautrumo nepasiekia jokie kiti superlaidūs įrenginiai. Tačiau kadangi įprastų žemos temperatūros superlaidininkų kritinė temperatūra yra per žema, jie turi būti naudojami brangiose ir sudėtingose ​​skystojo helio (4,2 K) sistemose, o tai labai riboja žemos temperatūros superlaidžių programų plėtrą.

Aukštos temperatūros oksido superlaidininkų atsiradimas prasiskverbė per temperatūros barjerą ir padidino superlaidumo iš skysto helio (4,2 K) į skystą azotą (77 K) temperatūrą. Skystas azotas, palyginti su skystu heliu, yra labai ekonomiškas šaltnešis ir jo šiluminė talpa yra didesnė, o tai labai patogu inžinerijoje. Be to, aukštos temperatūros superlaidininkai turi labai aukštas magnetines savybes ir gali būti naudojami stipriems magnetiniams laukams generuoti virš 20T.

Patraukliausios superlaidžios medžiagos yra energijos gamyba, energijos perdavimas ir energijos kaupimas. Naudojant superlaidžių medžiagų superlaidumo generatoriaus ritės magnetą, generatoriaus magnetinis laukas gali padidėti iki 50 000–60 000 Gausų, o energijos nuostolių beveik nėra. Palyginti su įprastais generatoriais, viena superlaidžių generatorių galia padidinama 5 ~ 10 kartų, energijos gamybos efektyvumas padidėja 50%; superlaidžios perdavimo linijos ir superlaidūs transformatoriai gali perduoti vartotojams energiją beveik be nuostolių. Pagal statistiką, apie 15% vario arba aliuminio vielos perdavimo galios nuostolių tenka perdavimo linijai. Kinijoje elektros energijos nuostoliai yra daugiau nei 100 milijardų laipsnių. Jei jis pakeičiamas superlaidžiu elektros energijos perdavimu, sutaupyta energija prilygsta naujoms dešimtims didelių elektrinių; superlaidžių maglev traukinių darbo principas yra naudoti superlaidžių medžiagų diamagnetines savybes, kad sumažėtų superlaidžių medžiagų. Laidi medžiaga dedama virš nuolatinio magneto (arba magnetinio lauko). Dėl superlaidininko diamagnetizmo magneto magnetinio lauko linijos negali praeiti per superlaidininką. Tarp magneto (arba magnetinio lauko) ir superlaidininko bus sukurta atstumianti jėga, dėl kurios superlaidininkas svyruos virš jo. Tokį magnetinės levitacijos efektą galima panaudoti kuriant greituosius superlaidžius magnetinius levitacinius traukinius, tokius kaip greitieji traukiniai Šanchajaus Pudongo tarptautiniame oro uoste; superlaidiems kompiuteriams didelės spartos kompiuteriams reikalingas tankus komponentų ir jungiamųjų linijų išdėstymas integruotų grandinių lustuose, tačiau tankiai išdėstytos grandinės Veikiant susidaro didelis šilumos kiekis. Jei suprojektuota medžiaga, kurios varža yra artima nuliui, naudojama gaminant jungiamąjį laidą arba superlaidųjį įtaisą su ultramikro šildymu, šilumos išsklaidymo problemų nebus ir kompiuterio greitis gali būti labai pagerintas.