Odkryto nowy stan materii lub jaka jest tajemnica dziwnych metali

Naukowcy odkryli już stosunkowo dawno temu, że dość złożone kombinacje miedzi i miedzianów zachowują się inaczej niż klasyczne metale. I zgodnie z wynikami ostatnich badań naukowcy odkryli w nich zupełnie nowy stan materii.

Zastosowanie tych materiałów ukazuje szerokie perspektywy powstawania nadprzewodników wysokotemperaturowych, tak potrzebnych nowoczesnej energetyce i całemu przemysłowi. Zobaczmy, jaka jest specyfika tych „dziwnych materiałów”.

Pierwsze odkrycia przewodników wysokotemperaturowych

Już w 1911 roku odkrycia nadprzewodnictwa dokonano w Holandii. Stwierdzono, że w temperaturze zaledwie trzech kelwinów opór rtęci spada do zera (energia elektryczna jest przesyłana bez żadnych strat).

Ponadto efekt ten obserwowano w innych materiałach, ale zawsze temperatura, w której obserwowano nadprzewodnictwo, pozostawała wyjątkowo niska.

Zmiany nastąpiły dopiero w 1986 roku. To wtedy inżynierowie IBM stworzyli pierwszy nadprzewodnik wysokotemperaturowy - miedzianantan i bar. W tym celu K. Müller i G. Bednorts otrzymał Nagrodę Nobla.

Nadprzewodniki o minimalnej temperaturze 77 kelwinów (ale nie niższej) nazywane są wysokotemperaturowymi. Jest to temperatura, w której wrze ciekły azot.

Obecnie najbardziej znanym nadprzewodnikiem wysokotemperaturowym jest BSCCO (kanapka z bisco), składający się z warstw tlenku bizmutu, strontu, miedzi i czystego wapnia.

Dzięki tym materiałom powstały specjalne urządzenia i produkty w elektrotechnice, transporcie i energetyce.

Jaka jest tajemnica dziwnych metali

Pomimo tego, że miedziany są już w pełni wykorzystywane, w Wielkim Zderzaczu Hadronów wykonuje się z nich setki metrów drutów. Naukowcy do dziś nie w pełni rozumieją fizykę przewodnictwa w wysokich temperaturach.

Teoria BCS (nazwana na cześć jej twórców D. Bardin, L. Cooper i
RE. Schrieffer) doskonale opisuje nadprzewodnictwo powyżej 30 kelwinów. Ale dopiero wraz ze wzrostem temperatury, gdy efekt nadprzewodnictwa zanika, miedziany zaczynają zachowywać się inaczej niż zwykłe materiały.

Opór elektryczny miedzianów zmniejsza się liniowo, a nie proporcjonalnie do kwadratu różnicy temperatur. Jest to sprzeczne z teorią cieczy Fermiego, którą sformułował Lev Landau w 1956 roku.

W ekstremalnie niskich temperaturach elektrony zachowują się jak gaz elektronowy, a napotkane interakcje opisują równania mechaniki kwantowej.

W tym przypadku teoria cieczy Fermiego sprawdza się w przypadku większości metali, z wyjątkiem osławionych miedzianów. Dlatego fizycy umieścili je w specjalnej sekcji „dziwnych metali”.

W takich „podermetalach” elektrony poruszają się niezwykle słabo i na krótkie odległości. W takim przypadku następuje intensywne rozpraszanie energii.

Dlatego „dziwne metale” znajdują się dokładnie pośrodku między zwykłymi metalami a izolatorami.

Liczne badania ujawniły dużą liczbę „podmetali”, ale bez żadnych właściwości nadprzewodnictwa. To jeszcze bardziej skomplikowało sytuację z miedzianem.

Nadprzewodnictwo miedzianów i pole magnetyczne

A eksperyment przeprowadzony przez międzynarodową grupę naukową z USA, Niemiec i Kolumbii wykazał, że efekt silnego pola magnetycznego o wartości 60-70 Tesli (jest to ogromny wartość, przy której nadprzewodniki tracą właściwości przewodzące) zmienia rezystancję miedzianów liniowo, a nie zgodnie z prawem kwadratowym, jak w przypadku „normalnych” metale.

Innymi słowy, miedziany wykazują właściwości metali, ale z wielką niechęcią.

Nowy stan skupienia

Wraz z gromadzeniem danych eksperymentalnych dotyczących miedzianów wskazuje, że to nic innego, jako absolutnie unikalna forma materii, określona przez realia kwantowego splątania w makroskopie świat.

A grupie inżynierów z Flatiron Institute w Nowym Jorku udało się stworzyć cyfrowy model „dziwnych metali”, co potwierdziło przypuszczenie, że to nic innego jak nowy stan materii. Tak zwana forma pośrednia między popularnymi metalami przewodzącymi a materiałami izolacyjnymi.

Pozostaje więc wymyślić nazwę dla nowego stanu materii i kontynuować badania.

Podobał Ci się materiał? Lubimy, subskrybujemy i komentujemy. Dziękuję za przeczytanie do końca.