Введение в историю сверхпроводников

На прошлой неделе группа корейских исследователей опубликовала статью о сверхпроводниках, работающих при комнатной температуре, которая неожиданно вызвала всемирный ажиотаж вокруг термических сверхпроводников. Давайте сегодня воспользуемся популярностью и познакомимся с историей сверхпроводников!

Почему сверхпроводники так интересны?

Сверхпроводники — это удивительное физическое явление, которое при определенных условиях проявляет нулевое электрическое сопротивление и полностью отталкивает магнитные поля. Это означает, что в процессе передачи электрического тока, при отсутствии вмешательства человека, ток никогда не затухает, что исключает все потери в линии электропередачи и значительно снижает потребность в выработке электроэнергии.

Развитие этой области было связано со многими известными учеными, важными экспериментальными открытиями и теоретическими прорывами. Давайте рассмотрим историю сверхпроводников и поймем, как они постепенно прошли путь от загадочного явления до открытия и применения.

История сверхпроводников

Историю сверхпроводников можно проследить до конца 19 века. В 1881 году голландскому физику Хайке Камерлинг-Оннесу удалось охладить гелий почти до абсолютного нуля (-273,15°C или 0К). В условиях низких температур, близких к абсолютному нулю, Лейден неожиданно обнаружил, что сопротивление некоторых металлов внезапно исчезает, что стало первым открытием явления сверхпроводимости. Лейден продолжил свои исследования и обнаружил, что это явление не ограничивается металлами, но распространяется также на некоторые соединения и сплавы.

Однако в то время тайны сверхпроводников не были до конца поняты. Лишь в 1933 году швейцарские физики Вальтер Мейснер и Роберт Оксенфельд совместно предложили знаменитый эффект Диснея-Оксенфельда, который выявил отталкивание сверхпроводников магнитными полями, также известный как «эффект Диснея». Это открытие не только обогатило наше понимание сверхпроводников, но и заложило основу для последующих применений сверхпроводников.

По мере углубления исследований сверхпроводников ученые начинают усиленно работать над объяснением природы явления сверхпроводимости. В 1957 году Джон Бардин, Леон Купер и Роберт Шриффер предложили знаменитую теорию БКШ, объясняющую механизм образования электронных пар в сверхпроводниках. Теория БКШ стала важной основой для понимания поведения низкотемпературных сверхпроводников и заложила теоретическую основу для исследований сверхпроводников.

Однако первые сверхпроводники могли проявлять сверхпроводимость только при крайне низких температурах, что ограничивало их практическое применение. Лишь в 1986 году открытие высокотемпературной сверхпроводимости произвело сенсацию в научном сообществе. Исследовательская группа, в которую входили швейцарский физик Джордж Беднер, немецкий физик К. Алекс Мюллер и американский физик Й. Георг Беднорц, обнаружила, что соединения оксида меди могут достигать сверхпроводимости при относительно высоких температурах. Этот прорыв означает, что сверхпроводники больше не будут ограничены экстремально низкими температурами, а, как ожидается, будут играть роль в более практических приложениях.

С тех пор исследования высокотемпературных сверхпроводников достигли значительного прогресса. Ученые открыли множество высокотемпературных сверхпроводящих материалов и постепенно разгадали некоторые тайны высокотемпературной сверхпроводимости. Эти материалы могут достигать сверхпроводимости при температурах жидкого азота, что открывает новые возможности для применения сверхпроводниковых технологий, например, в передаче электроэнергии, магнитной левитации и электронных компонентах.

Применение сверхпроводников постоянно расширяется. С точки зрения передачи электроэнергии использование сверхпроводящих проводов может значительно сократить потери энергии при передаче тока и повысить эффективность ее использования. Кроме того, сверхпроводящие магниты играют важную роль в медицинских диагностических технологиях, таких как магнитно-резонансная томография (МРТ), а также имеют потенциальные перспективы применения в научных исследованиях, ускорителях и квантовых вычислениях.

Подводя итог, можно сказать, что история развития сверхпроводников прошла эволюцию от ранних явлений до позднейших реализаций.

Почему сверхпроводники при комнатной температуре так интересны

Повторяя сказанное ранее, причина, по которой сверхпроводники, работающие при комнатной температуре, привлекают столько внимания и ожиданий, заключается в том, что существующие сверхпроводники могут быть изготовлены и функционировать только при экстремальных температурах, что затрудняет их фактическое использование. Если появятся сверхпроводники, работающие при комнатной температуре, это, скорее всего, изменит наш текущий технологический прогресс и откроет новую эру сверхпроводимости.