Открыто новое состояние вещества или в чем загадка странных металлов

Интересно

Ученые уже относительно давно выяснили, что достаточно сложносоставные сочетания меди – купраты, демонстрируют поведение отличное от классических металлов. А по результатам последних исследований ученые обнаружили в них абсолютно новое состояние вещества.

Использование этих материалов демонстрирует широкие перспективы в формировании высокотемпературных сверхпроводников, которые так нужны современной энергетике и всей промышленности в целом. Давайте разберемся, в чем же особенность этих «странных материалов».

Первые открытия высокотемпературных проводников

Уже в далеком 1911 г. в Голландии было совершено открытие сверхпроводимости. Было установлено, что при температуре всего в три Кельвина сопротивление ртути падает до нуля (электричество передается без каких-либо потерь).

Далее такой эффект наблюдался и в других материалах, но всегда температура, при которой наблюдалась сверхпроводимость оставалась экстремально низкой.

Изменения наступили только в 1986 году. Именно тогда инженеры IBM создали первый высокотемпературный сверхпроводник – купратлантана и бария. За это К. Мюллер и Г. Беднорц получили Нобелевскую премию.

Высокотемпературными называются сверхпроводники с минимальной температурой 77 Кельвин (но никак не ниже). Это температура, при оной кипит жидкий азот.

Открыто новое состояние вещества или в чем загадка странных металлов

На текущий момент самым известным высокотемпературным сверхпроводником является BSCCO (биско сэндвич), состоящий из слоев оксида висмута, стронция, меди и чистейшего кальция.

Благодаря этим материалам были созданы особые приборы и изделия в электротехнике, транспорте и энергетике.

В чем загадка странных металлов

Несмотря на то, что купраты уже вовсю применяются, так из них выполнены сотни метров проводов в Большом Адронном Коллайдере. Ученые и по сей день не в полном объеме понимают физику высокотемпературной проводимости.

Теория БКШ (названа так в честь ее создателей Д. Бардина, Л. Купера и
Д. Шриффера) отлично описывает сверхпроводимость больше 30 Кельвин. Вот только при росте температуры, когда эффект сверхпроводимости исчезает, то купраты начинают себя вести не как обычные материалы.

Открыто новое состояние вещества или в чем загадка странных металлов

Электрическое сопротивление купратов снижается линейно, а не пропорционально квадрату разницы температур. Это идет в разрез с теорией ферми-жидкости, которая была сформулирована Львом Ландау в 1956 г.

При экстремально низких температурах электроны демонстрируют поведение электронного газа, и встречающееся взаимодействие при этом описываются уравнениями квантовой механики.

При этом теория ферми-жидкости работает для подавляющего числа металлов, кроме пресловутых купратов. Именно поэтому физики их поместили в особый подраздел «странных металлов».

В таких «недометаллах» электроны перемещаются крайне слабо и на небольшие дистанции. При этом происходит интенсивное рассеивание энергии.

Поэтому «странные металлы» расположены аккурат посередине между обычными металлами и изоляторами.

Многочисленные исследования позволили обнаружить большое количество «недометаллов», но без каких-либо свойств сверхпроводимости. Это еще больше запутало ситуацию вокруг купратов.

Сверхпроводимость купратов и магнитное поле

Открыто новое состояние вещества или в чем загадка странных металлов

А эксперимент, поставленный международной научной группой из США, Германии и Колумбии показал, что воздействие сильного магнитного поля в 60-70 Тесла (это огромная величина, при ней сверхпроводники теряют свои проводящие свойства) изменяет сопротивление купратов линейно, а не согласно квадратичному закону, как в случае с «нормальными» металлами.

Иначе говоря, купраты демонстрируют свойства металлов, но с огромной неохотой.

Новое состояние материи

Открыто новое состояние вещества или в чем загадка странных металлов

По мере накопления экспериментальных данных о купратах свидетельствует, о том, что это есть ни что иное, как абсолютно уникальная форма материи, определяющаяся реалиями квантовой запутанности в макроскопическом мире.

А инженерной группе из Нью-Йоркского института Флэтайрон удалось создать цифровую модель «странных металлов», где подтвердилось предположение, что это есть ни что иное, как новое состояние материи. Так называемая промежуточная форма между обычными проводящими металлами и изоляционными материалами.

Так вот осталось придумать название для нового состояния вещества и продолжать исследования.

Понравился материал? Ставим лайк, подписываемся и комментируем. Спасибо, что прочитали до конца.

Источник

Оцените статью
Саморазвитие IQ