preso qui - http://zoom.cnews.ru/rnd/news/top/sverhprovodimost_pri_komnatnoj_temperature
Superconduttività a temperatura ambienteI fisici sono stati in grado di creare per la prima volta la superconduttività a temperatura ambiente e spiegare l'essenza di questo fenomeno. La superconduttività è durata in un conduttore ceramico per meno di un secondo, ma questo risultato è enorme nello sviluppo della scienza e della tecnologia. Scienze fisiche naturali
04.12.2014, giovedì, 20:51, ora di Mosca
Un team internazionale di fisici, guidato da scienziati dell'Istituto Max Planck di Amburgo, è riuscito a utilizzare impulsi laser per far sì che i singoli atomi in un reticolo cristallino si spostino per un breve periodo e quindi mantengano la superconduttività. Brevi impulsi laser a infrarossi hanno reso possibile per la prima volta “innescare” la superconduttività in un conduttore ceramico a temperatura ambiente.
Il fenomeno nell'esperimento dura solo pochi milionesimi di microsecondo, ma comprendere il principio della superconduttività a temperatura ambiente può aiutare nella creazione di nuovi tipi di superconduttori che rivoluzioneranno la tecnologia moderna.Tali superconduttori risolveranno molti problemi moderni: creeranno batterie super potenti per alimentare apparecchiature ad alta intensità energetica come laser o azionamenti, motori elettrici e generatori con efficienza prossima al 100%, nuovi dispositivi medici, piccoli ma potenti emettitori di microonde, ecc.
La superconduttività è già utilizzata, ad esempio, negli scanner NMR, negli acceleratori di particelle e nei relè ad alta potenza nelle centrali elettriche. Tuttavia, i moderni superconduttori richiedono un raffreddamento criogenico: quelli metallici fino a una temperatura di -273 gradi Celsius e quelli più moderni in ceramica -200 gradi Celsius. È chiaro che ciò limita notevolmente l’uso diffuso della superconduttività, soprattutto nella vita di tutti i giorni.
Sfortunatamente, per molti anni non è stato possibile creare la superconduttività a temperatura ambiente a causa delle condizioni specifiche in cui si verifica. Pertanto, uno dei superconduttori ceramici più promettenti, YBCO (ossido di ittrio bario rame), ha una struttura speciale: sottili doppi strati di ossido di rame si alternano a strati intermedi più spessi che contengono bario, rame e ossigeno. La superconduttività nell'YBCO si verifica a -180 gradi Celsius in doppi strati di ossido di rame, dove gli elettroni possono combinarsi e formare le cosiddette coppie di Cooper. Queste coppie sono in grado di creare un “tunnel” tra diversi strati, cioè di passare attraverso gli strati come fantasmi attraverso i muri. Questo effetto quantistico si osserva solo al di sotto di una certa temperatura.
Nel 2013, un team internazionale che lavorava presso l’Istituto Max Planck ha scoperto che brevi impulsi di un laser IR possono indurre superconduttività nell’YBCO a temperatura ambiente per un tempo molto breve. Non è stato possibile comprendere la natura di questo fenomeno, solo il laser a raggi X più potente al mondo, LCLS (USA), ha aiutato, che consente di “vedere” la struttura atomica del materiale e i processi ultracorti. Con il suo aiuto, gli scienziati hanno condotto una serie di esperimenti complessi e hanno pubblicato i risultati della loro scoperta su Nature.
A quanto pare, un impulso laser a infrarossi non solo fa vibrare gli atomi, ma cambia anche la loro posizione nel cristallo. Di conseguenza, i doppi strati di biossido di rame diventano leggermente più spessi: 2 picometri o 0,01 diametri atomici. Ciò a sua volta aumenta l’accoppiamento quantistico tra i doppi strati a tal punto che il cristallo diventa superconduttore a temperatura ambiente in pochi picosecondi.
Superconduttività a temperatura ambiente: l'eccitazione risonante degli atomi di ossigeno provoca oscillazioni (contorni sfocati) tra doppi strati di ossido di rame (strato blu, giallo rame, rosso ossigeno). Un impulso laser provoca uno squilibrio degli atomi per un breve periodo, la distanza tra gli strati diminuisce e si verifica la superconduttività.
Pertanto, gli scienziati hanno scoperto un potenziale modo per creare superconduttori che funzionino a temperatura ambiente. Se la teoria potesse essere trasformata in una tecnologia commerciale (e nel caso degli attuali superconduttori a bassa temperatura, ci sono voluti circa 20 anni), allora i progressi faranno un enorme passo avanti. I motori delle auto a benzina diventeranno un anacronismo, il tempo di funzionamento continuo di uno smartphone sarà calcolato non in ore, ma in mesi, e ci sarà un periodo di massimo splendore degli aerei elettrici che levitano treni e autobus su una levitazione magnetica.
PS. Se questo è vero e può essere implementato come le lenti in ceramica vengono inserite ovunque ora, allora... c'è una possibilità... ah, se questo è vero...
I fisici americani hanno scoperto il comportamento degli elettroni nella cosiddetta fase pseudogap della materia, che precede lo stato di superconduttività.
La superconduttività è la completa scomparsa della resistenza elettrica di una sostanza alla corrente elettrica diretta a una temperatura inferiore alla temperatura critica. L'enorme valore pratico dei superconduttori risiede nell'assenza di perdite di energia elettrica al loro interno quando scorre corrente. Ma il loro utilizzo diffuso è ostacolato da una temperatura critica molto bassa. Per la maggior parte delle sostanze è vicino allo zero assoluto. Fino al 1986 la temperatura più alta era posseduta dalla lega Nb 3 Ge, per la quale la superconduttività si verificava a temperature inferiori a 23 K (-250°). Pertanto è sorto un importante problema scientifico: trovare sostanze che si trasformano in uno stato superconduttore a una temperatura più elevata, preferibilmente vicina alla temperatura ambiente, fenomeno chiamato superconduttività ad alta temperatura.
Nel 1986 furono scoperti i superconduttori ad alta temperatura (HTSC) a base di ossidi di rame (cuprati) e nel giro di pochi anni la temperatura critica salì a circa 120 K. Queste sostanze hanno però una struttura elettronica molto complessa, il che rende estremamente difficile capire come avviene la transizione verso uno stato superconduttore, senza il quale è impossibile lo sviluppo di superconduttori operanti a temperature più elevate. Da allora, per quasi 30 anni, sono stati condotti complessi esperimenti per studiare questo problema.
In particolare, si è scoperto che lo stato di superconduttività negli HTSC è preceduto da uno stato chiamato “fase pseudogap”. Questo termine è associato a una caratteristica dello spettro energetico degli elettroni in una sostanza (questo è il nome dato all'insieme discreto dei livelli energetici consentiti degli elettroni in un atomo). Gli elettroni con valori energetici bassi si trovano nella banda di valenza, gli elettroni con energia più elevata, capaci di muoversi attraverso la sostanza, si trovano nella banda di conduzione. Nei semiconduttori e nei dielettrici, la banda di valenza e la banda di conduzione sono separate da un intervallo di valori energetici proibiti chiamato “gap”. Per partecipare alla creazione di corrente, un elettrone deve acquisire energia per saltare attraverso il divario tra la banda di valenza e quella di conduzione. Pertanto, maggiore è la larghezza dello spazio, più forti saranno le proprietà isolanti del materiale.
Un gap si forma anche nei superconduttori, ma ha una natura diversa. Quando si verifica la superconduttività, gli elettroni vicini al livello di Fermi formano le cosiddette coppie di Cooper e si stabiliscono al livello di Fermi, e questo livello inizia a separare il divario dai livelli dei singoli elettroni. Il livello di Fermi è determinato dalla temperatura critica.
Si è scoperto che a temperature superiori a quelle critiche, gli HTSC hanno uno stato con un numero minore di portatori di carica vicino al livello di Fermi rispetto a un conduttore convenzionale. Questo fenomeno è chiamato “pseudo-gap”. Questo stato di natura sconosciuta ha sollevato molte domande tra i fisici. Poiché lo stato di pseudogap precede e coesiste parzialmente con (compete con) la superconduttività, gli scienziati ritengono che lo studio di questo stato aiuterà a svelare i misteri dell’HTSC. Negli ultimi anni sono stati dedicati molti lavori a questo tema, uno dei quali è stato recentemente pubblicato sulla rivista "Scienza" .
I fisici del Brookhaven National Laboratory e della Cornell University, utilizzando un esclusivo microscopio a effetto tunnel ad alta precisione da loro sviluppato, sono stati in grado di tracciare i dettagli della trasformazione del cuprato da isolante a superconduttore, attraverso lo stadio di pseudogap. La loro configurazione sperimentale ha permesso di determinare la posizione spaziale e la direzione del movimento degli elettroni nel materiale, il che ha permesso di scoprire due nuovi fenomeni.
Nello stato iniziale, il cuprato Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8+ δ in esame è un isolante. Per trasformarlo in HTSC, gli sono stati aggiunti chimicamente atomi di ossigeno come fonte di portatori di carica (lacune). Questo processo è chiamato drogaggio; gli atomi aggiuntivi sono designati nella formula come “+δ”. I fisici hanno scansionato sistematicamente il materiale per un lungo periodo di tempo a diversi livelli di drogaggio per osservare come il comportamento e la disposizione degli elettroni cambiavano man mano che il materiale si evolveva in uno stato superconduttore.
All'aumentare del numero di portatori di carica (livello di drogaggio), il materiale è passato dallo stato dielettrico alla fase di pseudogap. Con una bassa densità di portatori di carica, è stata osservata un'immagine abbastanza statica. Apparve un'esotica disposizione statica periodica di alcuni elettroni, chiamata "onde di densità" o "strisce". Queste onde sembrano strisce di elettroni “congelati”. Le onde di densità, come il movimento degli elettroni, sono limitate a determinate direzioni. Man mano che il numero di cariche aumenta ulteriormente, gli scienziati hanno scoperto che le onde di densità scompaiono e gli elettroni nel materiale diventano liberi di muoversi in qualsiasi direzione. Inoltre, ciò avviene allo stesso livello di doping dell’emergere della pura superconduttività.
“Per la prima volta, l’esperimento ha collegato direttamente la scomparsa delle onde di densità e dei difetti reticolari associati su scala nanometrica alla comparsa di elettroni che fluiscono liberamente in tutte le direzioni necessarie per una superconduttività illimitata”, ha affermato l’autore principale Seamus Davis. “Queste nuove misurazioni ci mostrano finalmente perché gli elettroni si muovono meno liberamente nel misterioso stato di pseudogap di questo materiale”.
Davis paragona le osservazioni al volo sopra un fiume ghiacciato, dove è possibile vedere i frammenti statici formati dal ghiaccio mentre si rileva il flusso di acqua liquida. Questi voli si ripetono ripetutamente per tutta la primavera mentre il corso d'acqua ghiacciato si scioglie gradualmente. Nel cuprato, invece di aumentare la temperatura, gli scienziati hanno aumentato il livello di doping per “affondare” le onde di densità ad un certo punto critico.
Questa scoperta conferma l’idea di vecchia data secondo cui sono le onde di densità a limitare il flusso di elettroni e a compromettere la massima superconduttività nella fase di pseudogap. "La disposizione statica degli elettroni e le fluttuazioni su scala nanometrica associate compromettono il libero flusso degli elettroni, proprio come il ghiaccio su un fiume ostacola il flusso dell'acqua liquida", afferma Davis.
Naturalmente, produrre HTSC non è semplice come sciogliere il ghiaccio, ma questa scoperta fornisce degli indizi. Prevenendo la formazione di bande statiche quando si verificano, alla fine potrebbe essere possibile produrre materiali che agiscono come superconduttori a densità di drogaggio inferiori e a temperature significativamente più elevate, ha affermato Davis.
La superconduttività è uno dei fenomeni più misteriosi, straordinari e promettenti. I materiali superconduttori, che non hanno resistenza elettrica, possono condurre la corrente praticamente senza perdite e questo fenomeno viene già utilizzato per scopi pratici in alcuni settori, ad esempio nei magneti delle macchine per la tomografia nucleare o negli acceleratori di particelle. Tuttavia, i materiali superconduttori esistenti devono essere raffreddati a temperature estremamente basse per raggiungere le loro proprietà. Ma gli esperimenti condotti dagli scienziati quest’anno e lo scorso hanno prodotto alcuni risultati inaspettati che potrebbero cambiare lo stato della tecnologia dei superconduttori.
Un team internazionale di scienziati, guidato da scienziati dell'Istituto Max Planck per la struttura e la dinamica della materia, che lavora con uno dei materiali più promettenti: l'ossido di ittrio-bario-rame superconduttore ad alta temperatura (YBa2Cu3O6+x, YBCO), hanno scoperto che l'esposizione di questo materiale ceramico agli impulsi di luce di un laser a infrarossi fa sì che alcuni atomi del materiale cambino brevemente la loro posizione nel reticolo cristallino, aumentando la manifestazione dell'effetto di superconduttività.
I cristalli del composto YBCO hanno una struttura molto insolita. All'esterno di questi cristalli è presente uno strato di ossido di rame che ricopre gli strati intermedi contenenti bario, ittrio e ossigeno. L'effetto della superconduttività quando irradiato con luce laser si verifica proprio negli strati superiori dell'ossido di rame, in cui si verifica un'intensa formazione di coppie di elettroni, le cosiddette coppie di Cooper. Queste coppie possono spostarsi tra gli strati cristallini a causa dell'effetto tunnel, e questo indica la natura quantistica degli effetti osservati. E in condizioni normali, i cristalli YBCO diventano superconduttori solo a temperature inferiori al punto critico di questo materiale.
Negli esperimenti condotti nel 2013, gli scienziati hanno scoperto che puntando un potente laser a infrarossi su un cristallo YBCO, il materiale diventava brevemente un superconduttore a temperatura ambiente. È ovvio che la luce laser influisce sull'adesione tra gli strati di materiale, sebbene il meccanismo di questo effetto non sia del tutto chiaro. E per scoprire tutti i dettagli di ciò che stava accadendo, gli scienziati si sono rivolti alle capacità del laser LCLS, il laser a raggi X più potente fino ad oggi.
“Abbiamo iniziato a colpire il materiale con impulsi di luce infrarossa, che hanno eccitato alcuni atomi, facendoli vibrare con un’ampiezza abbastanza forte”.
- dice Roman Mankowsky, fisico dell'Istituto Max Planck, -“Abbiamo quindi utilizzato un impulso laser a raggi X immediatamente successivo all’impulso laser a infrarossi per misurare l’esatta quantità di spostamento che si è verificata nel reticolo cristallino”.
I risultati hanno mostrato che l’impulso della luce infrarossa non solo eccitava gli atomi facendoli vibrare, ma li faceva anche spostare dalla loro posizione nel reticolo cristallino. Ciò ha ridotto per un tempo molto breve la distanza tra gli strati di ossido di rame e gli altri strati del cristallo, il che a sua volta ha portato ad un aumento della manifestazione dell'effetto di accoppiamento quantistico tra di loro. Di conseguenza, il cristallo diventa un superconduttore a temperatura ambiente, sebbene questo stato possa durare solo pochi picosecondi.
“I risultati che abbiamo ottenuto ci permetteranno di apportare alcune modifiche e migliorare la teoria esistente sui superconduttori ad alta temperatura. Inoltre, i nostri dati forniranno un’assistenza preziosa agli scienziati dei materiali che sviluppano nuovi materiali superconduttori ad alta temperatura con un’elevata temperatura critica”. - dice Roman Mankovsky, -“E alla fine, spero che tutto questo porti al sogno di un materiale superconduttore a temperatura ambiente che non richieda alcun raffreddamento. E l’emergere di un tale materiale, a sua volta, potrebbe fornire una serie di scoperte in moltissime altre aree che sfruttano il fenomeno della superconduttività”.
- una proprietà unica di alcuni materiali che consente la trasmissione dell'elettricità senza resistenza e quindi senza perdite.
Nonostante questo effetto sia stato scoperto per la prima volta all’inizio del XX secolo, esiste da molto tempo. Il fatto è che i primi superconduttori funzionavano a temperature prossime allo zero assoluto e i ricercatori hanno utilizzato l'elio liquido per raffreddarli.
La prima grande rivoluzione in questo settore è avvenuta circa 25 anni fa con la scoperta dei cosiddetti superconduttori ad alta temperatura. Nonostante il nome, necessitavano comunque di essere raffreddati a temperature molto basse dal punto di vista umano. Ma gli ingegneri, utilizzando l’azoto liquido, hanno imparato a utilizzare la superconduttività in alcuni dispositivi, ad esempio negli scanner per risonanza magnetica e negli acceleratori di particelle.
Una serie di lavori iniziati nel 2013 stanno avvicinando l’umanità alla creazione di conduttori che presentino resistenza pari a zero a temperatura ambiente. Abbiamo già scritto che gli scienziati dell'Università di Cambridge furono i primi a descrivere la natura dell'evento. Ora, un team internazionale di fisici dell’Istituto Max Planck per la struttura e la dinamica della materia (Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie) ha utilizzato brevi impulsi laser a infrarossi per indurre superconduttività in un materiale ceramico a temperatura ambiente.
Gli scienziati hanno lavorato con un comune superconduttore ad alta temperatura, l'ossido di itria-bario-rame, noto come YBCO. Presenta un effetto di resistenza pari a zero a meno 180 gradi Celsius.
I suoi cristalli hanno una struttura complessa: sottili doppi strati di ossido di rame si alternano a strati intermedi più spessi contenenti bario, rame e ossigeno. La superconduttività si verifica tra strati sottili in cui gli elettroni si combinano nelle cosiddette coppie di Cooper. In questo stato, i vapori attraversano strati di materiale, come i fantasmi nei cartoni animati che attraversano i muri.
Un anno fa, un team guidato da Andrea Cavalleri ha scoperto un effetto insolito derivante dall'irradiazione di YBCO con impulsi laser. Gli scienziati hanno suggerito che brevi lampi di luce per un breve periodo di tempo modificassero i legami tra i doppi strati di ossido di rame. Tuttavia, è stato possibile comprendere appieno le ragioni della comparsa della superconduttività a temperatura ambiente solo dopo aver collegato l '"artiglieria pesante", il laser a raggi X (LCLS) più potente del mondo.
"Per prima cosa abbiamo colpito il cristallo con un impulso di luce infrarossa, come al solito, che ha fatto vibrare i singoli atomi", spiega l'autore principale Roman Mankowsky in . "Questo è stato seguito da un breve impulso di raggi X, con il quale abbiamo determinato con precisione la struttura del cristallo del materiale eccitato”.
Si è scoperto che il flash infrarosso non solo avvia le vibrazioni degli atomi nel materiale, ma li fa anche cambiare posizione nel cristallo. Di conseguenza, gli strati di biossido di rame sono diventati più spessi di due picometri, che corrispondono solo a un centesimo del diametro dei loro atomi costituenti.
Allo stesso tempo, la distanza tra due strati adiacenti è stata ridotta della stessa distanza. Questi cambiamenti possono sembrare insignificanti, ma anche questa leggera convergenza è stata sufficiente affinché la superconduttività si manifestasse in condizioni più favorevoli per gli scienziati.
Nonostante l'effetto sia durato solo pochi milionesimi di secondo, i risultati del lavoro, pubblicati su Nature, aiuteranno nella ricerca di nuovi conduttori e modi per ampliare la propria portata.
Ora la necessità di un raffreddamento a bassa temperatura complica seriamente l’uso diffuso della superconduttività. Il giorno in cui queste misure non saranno più necessarie sarà una vera rivoluzione tecnologica.
In natura tutto è organizzato in modo molto più semplice di quanto l'uomo supponga nel suo pensiero. Ad esempio, tutti sono tormentati dalla domanda: cosa è superconduttività? Perché si verifica in conduttori solo quando basse temperature ? E la terza domanda: è possibile superconduttività della stanza? Pensiamo a questo insieme.
Nella produzione dei magneti moderni, una miscela delle polveri necessarie viene pressata nella forma desiderata, quindi viene inserita in una bobina, viene fornita corrente e il magnete è pronto. La domanda è: perché l'energia viene immagazzinata nel corpo di un magnete permanente? Per rispondere a questa domanda, facciamo un secondo esperimento. SU superconduttore Avvolgiamo l'anello nel criostato con un filo e lo colleghiamo a un condensatore carico. Quando viene spinta una corrente, a superconduttore corrente e, come in un magnete, viene immagazzinato un potente campo magnetico che rimane per molti anni. La risposta all’ultima domanda è estremamente semplice. In un magnete permanente, quando viene spinta una corrente, è simile superconduttore correnti, solo nei volumi di atomi e domini, che rileviamo visivamente utilizzando polvere di ferro al polo di un magnete, e va notato che tutto questo è a temperatura ambiente e oltre, fino al punto di Curie. Per i magneti, questa T curie è la temperatura critica per la perdita di magnetizzazione, simile a quella di qualsiasi altro magnete superconduttore Tc è una chiara temperatura di transizione in un conduttore regolare.
Lo sviluppo della conoscenza scientifica non ha autostrade. A volte un ricercatore che ha scoperto una nuova direzione fondamentale nella conoscenza la interpreta nella forma più semplificata a causa dei limitati dati sperimentali accumulati a quel tempo. Inoltre, questa forma, non sempre corretta, viene ripresa da altre persone che la pensano allo stesso modo e col tempo acquisisce tali dettagli e un potente apparato matematico in grado di mascherare i suoi difetti che lo sviluppo della teoria continua automaticamente. Questo è quello che è successo con la conduzione elettronica di Drude, dove l'energia in un conduttore viene trasferita solo dagli elettroni. In tale stato, tornare alle posizioni originali e più corrette diventa piuttosto difficile; l'addestramento portato avanti da più generazioni costringe ad andare avanti solo fino a un vicolo cieco completo, come è successo con superconduttività.
Concordo sul fatto che la corrente elettrica è il trasferimento di energia lungo un conduttore. Un elettrone non può essere un portatore di energia nei conduttori, poiché ha una carica costante di 1.6.10 -19 Coulomb, che non può essere modificata dalla natura, il che non è affatto adatto al trasferimento di energia. Per qualche ragione, nessuno è confuso dal fatto che un elettrone in un conduttore si muove nella direzione opposta da meno a più, sebbene l'energia (stabilita dalla pratica) vada da più a meno (come in un atomo - dal nucleo al nucleo) elettroni). Inoltre, è stato sperimentalmente confermato che la velocità di un elettrone, anche in un metallo, non supera 0,5 mm/sec, e che l'energia in un conduttore viene trasferita alla velocità della luce. Negli acceleratori di sincrotrone, un'onda elettromagnetica a radiofrequenza trasporta un fascio di elettroni per accelerarli, e non viceversa. Qui il ruolo della locomotiva del treno è vicino all'onda, gli elettroni sono i vagoni. Inoltre, gli elettroni esterni degli atomi del conduttore sono collegati da legami chimici, ed è noto che quando si muove una corrente ammissibile, le proprietà meccaniche del conduttore non cambiano e il massimo di cui sono capaci gli elettroni è saltare da atomo ad atomo. Un elettrone può immagazzinare energia solo nella forza (velocità) del suo movimento e, quando frena, rilasciarla sotto forma di una piccola onda elettromagnetica caotica di luce, che vediamo nell'esempio della spirale di una lampadina. La stessa cosa accade con tutti i conduttori, questo diventa evidente durante un cortocircuito, quando il conduttore si brucia con un bagliore luminoso. E un'ultima cosa. Anche Hertz, agli albori dell'ingegneria elettrica, fece un esperimento in cui in una linea elettrica, molto chiaramente, con un semplice spinterometro, dimostrò che l'energia viene trasferita non solo attraverso i fili, ma principalmente tra fili, dove gli elettroni sono proibiti. Qui funziona una normale onda elettromagnetica. Tutto questo non è convincente? Solo la mancata comprensione di fatti così semplici ha portato ad una mancanza di consapevolezza del fenomeno superconduttività. Da dove viene l'onda elettromagnetica per trasferire energia nei fili e nei superconduttori secondo Hertz?
In qualsiasi conduttore, semiconduttore o dielettrico, ci sono tre forti onde elettromagnetiche sugli elettroni di valenza esterni. Semplicemente non ce ne sono altri con tale potere sugli elettroni esterni. Il primo è l'elettronica al plasma, in breve l'elettronica al plasma. Fisicamente, si tratta di uno “schiacciamento” di elettroni dovuto alla repulsione coulombiana di cariche simili. La sua energia varia da uno a diversi elettronvolt. Determinato dall'esperienza dalle caratteristiche perdite di energia. In pratica si distingue tra oscillazioni plasma-elettroniche volumetriche e oscillazioni superficiali, che sono più piccole di quelle volumetriche approssimativamente della radice di due.
Rnrnrn rnrnrn rnrnrn
La seconda onda elettromagnetica sugli elettroni esterni è l'energia di Fermi. Presumibilmente non è stato determinato sperimentalmente da nessuna parte, quindi le invenzioni al riguardo sono troppo varie. In realtà, questa è l'energia di rotazione dell'elettrone esterno di qualsiasi atomo attorno al nucleo e niente di più, e l'elettrone riceve l'energia di Fermi dal nucleo, ha anche una frequenza rigorosamente definita (E f = hЧ ƒ, dove h è la costante di Planck, ƒ è la frequenza) e si trova vicino all'energia elettronica del plasma, poiché gli elettroni sono gli stessi: gli atomi più esterni. La posizione energetica dell'elettrone del plasma e dell'energia fermi in qualsiasi sostanza nella spettroscopia ottica è il bordo di assorbimento fondamentale (o bordo di assorbimento fondamentale), dove vengono rilevati i cosiddetti eccitoni (esplosione di energia a doppia gobba nella spettroscopia). Per alluminio 1,55 eV, per rame 2,2 eV, per ceramica ittrio 1,95 eV. Le energie sono sempre vicine, ma mai combinate come due circuiti identici accoppiati induttivamente. Se i circuiti sono irradiati con frequenza, in un circuito, a causa della connessione, la frequenza diminuisce, nell'altro aumenta. E c'è solo una irradiazione di elettroni esterni: dal nucleo. Si noti che per qualche ragione, i metalli hanno un’energia di Fermi leggermente inferiore all’energia degli elettroni del plasma, mentre i semiconduttori e i dielettrici hanno un’energia di Fermi superiore all’energia degli elettroni del plasma. Questo è l'unico motivo per cui i metalli hanno una serie di frequenze laterali abbastanza potenti verso l'energia zero, grazie alle quali i metalli sono buoni conduttori. Ma nei semiconduttori e nei dielettrici, al contrario, le frequenze laterali a bassa frequenza scendono a piccole dimensioni (frequenze di Stokes) e quelle ad alta frequenza vengono amplificate (frequenze anti-Stokes), quindi conducono male l'elettricità. L'inversione dell'entità di queste due energie, prodotta dalla spinta, spiega la transizione Dielettrico - Metallo.
La terza onda elettromagnetica è lo ione plasma (plasma ionico). È un elemento generalizzante di tutti i tipi di vibrazioni termiche degli atomi (fononi). In tutte le sostanze è chiaramente determinata dalla diffusione Raman della luce. Si noti che gli ioni del plasma “guidano” tutta la squadra varie vibrazioni termiche del reticolo degli atomi nelle sostanze (fononi), qualsiasi cambiamento in questa energia comporta un cambiamento nei loro valori. In questo contesto, è particolarmente necessario notare la dipendenza delle oscillazioni acustiche longitudinali (la velocità abituale del suono in un conduttore) dal plasma ionico. L'energia dell'onda del plasma ionico non supera 0,1 eV e di conseguenza la sua frequenza è bassa rispetto alle onde degli elettroni.
Tutte e tre le onde elettromagnetiche nei conduttori, nei semiconduttori e nei dielettrici si combinano naturalmente in un'unica onda. Nella materia tranquilla ha l'aspetto di un'onda stazionaria. Quest'onda singola nella linea elettrica ci è stata mostrata da Hertz con un semplice spinterometro, e ora ogni scolaretto nell'aula di fisica e chiunque lo desideri, sotto una linea elettrica ad alta tensione, può vederla con una lampadina al neon . In caso di violazione della neutralità, anche a causa di uno spostamento casuale di elettroni nel conduttore, un'unica onda si precipita ad eliminare la violazione e, riportando gli elettroni al loro posto, ripristina l'ordine come l'amante di un appartamento. Questo movimento di elettroni quando si stabilisce l'ordine è resistenza, poiché prendono energia da una singola onda per il movimento (come in un acceleratore di sincrotrone) e quando si fermano scaricano l'energia in eccesso sotto forma di radiazione caotica: calore. L'energia di una singola onda è indebolita dalla quantità di emissione di elettroni termici. Quando non c'è niente da portare via, si mette in posizione eretta: la padrona di casa riposa. La separazione degli elettroni inerziali avviene anche nell'esperimento di Tolman-Stewart, ma con un galvanometro misuriamo solo la tensione di una singola onda, la sua eccitazione. Nei semiconduttori abbiamo imparato, in modo puramente sperimentale, come controllare una singola onda. Applicando tensione alle estremità del cristallo, cambiamo la posizione della frequenza dell'elettronica del plasma e dell'energia di Fermi verso quelle più vicine, provocando una diminuzione del valore della resistenza. Spostando entrambe le energie in frequenza (riducendo il numero di elettroni a causa dell'applicazione della tensione positiva), aumentiamo la resistenza del transistor. I semiconduttori hanno energie elettroniche che hanno il valore più vicino e quindi sono più facilmente soggetti a regolamentazione.
In natura esiste una risonanza di queste tre onde elettromagnetiche, due elettroniche - plasma-elettroniche e Fermi - con la terza ioni-plasma. In fisica, questo fatto è noto come risonanza a tre onde. In questo caso, la differenza di frequenza delle energie elettroniche coincide con la frequenza del plasma ionico. È noto dalla teoria; al momento della risonanza, l'energia totale delle tre onde viene pompata alternativamente nelle onde Fermi, plasma-elettroniche e ioniche-plasma. Quando l'energia totale entra nel plasma ionico, viene eccitato l'intero spettro delle vibrazioni termiche degli atomi, che è sperimentalmente visibile dall'aumento della capacità termica nei conduttori. In questo momento aumenta anche la velocità del suono, il che significa che l'onda sonora avvicina gli atomi e si allunga a vicenda lungo il conduttore. Quando gli atomi vengono compressi tra loro, anche gli elettroni vengono compressi, ricevendo così ulteriore energia dai nuclei; nel momento in cui gli atomi divergono, rilasciano l'energia in eccesso non in modo caotico, ma sotto forma di pezzi in un'unica onda elettromagnetica, ma insieme, guidati dalla sua frequenza, secondo il principio del laser. Questa aggiunta amplifica la singola onda, che si presenta come resistenza negativa nei semiconduttori.
C’è un altro fattore straordinario che è estremamente importante per superconduttività. La natura lo ha organizzato in modo tale che l'onda acustica di compressione e rarefazione degli atomi tra loro sia piuttosto debole, poiché parte dell'energia viene spesa per la formazione di calore. Ma ad un certo momento può essere potenziato dalle vibrazioni termiche degli atomi stessi, anche più volte. Questa amplificazione è chiamata vibrazioni balistiche (fononi), che si verificano solo a temperature molto basse. Il rafforzamento avviene solo al momento del trasferimento delle vibrazioni termiche dal movimento caotico a determinate direzioni durante il raffreddamento - lungo assi del cristallo strettamente designati a causa dell'indebolimento di altre direzioni. Questo fattore è il principale e determina l'inizio di qualsiasi transizione superconduttiva. Ogni superconduttore, per le caratteristiche del reticolo cristallino, ha rigorosamente i propri fononi balistici. Ciò è stato rivelato nelle ceramiche ad alta temperatura sotto forma di una forte anisotropia nella conduttività della corrente. L'inclusione di temperatura di queste oscillazioni migliora l'onda acustica; comprime più fortemente gli elettroni verso i nuclei degli atomi, motivo per cui gli elettroni immagazzinano più energia e significativamente rafforzare il comune un'onda elettromagnetica simile alla luce in un laser. E da esso l'energia risonante del plasma ionico riceve potenti shock e fa funzionare l'onda acustica più furiosamente. Si forma un feedback positivo a tutti gli effetti, che ti costringe a memorizzare superconduttore i dispositivi di accumulo forniscono un'enorme energia incomparabile a qualsiasi batteria immaginabile. Quindi, dentro superconduttori abbiamo due principali fattori compatibili: l'emergere di una potente singola onda elettromagnetica sugli elettroni esterni e, a causa dell'emergere di oscillazioni balistiche, la creazione feedback potenziato comunicazione energetica attraverso un’onda acustica. Gli elettroni, ricevendo energia aggiuntiva in questo processo, vengono accelerati nelle loro orbite e, come due conduttori con correnti aumentate nella stessa direzione, sono attratti l'uno dall'altro contro la repulsione di Coulomb fino a quando lo spin "si aggancia" dai magneti. Le forze di spin sono estremamente a corto raggio, quindi fissano l'accoppiamento di due elettroni solo a distanze dell'ordine di 10 -12 M. Il vantaggio dell'accoppiamento è doppio; gli elettroni accoppiati non interferiscono con il movimento di una singola onda e non le tolgono energia con le loro onde di De Broglie. E allo stesso tempo, essendo costantemente pompati nei nuclei degli atomi, ricevono energia in impulsi, e poi all'unanimità la pompano in un'unica onda per rafforzarla. Una tale coppia di elettroni, a differenza di una coppia di legami chimici, è quasi libera nello spazio e, a causa dei poli dei propri magneti attuali, gira sempre contro il campo magnetico esterno e con la sua rotazione crea diamagnetismo di questa sostanza (si forma una controcorrente dentro). La lunghezza di coerenza rilevata sperimentalmente in superconduttori, ed è la lunghezza della singola onda elettromagnetica risonante (l'inviluppo derivante dalla somma di tre onde elettromagnetiche).
Non è praticamente difficile verificare queste considerazioni. Molte sostanze con forti diamagnetismo anche a temperatura ambiente, il che significa che lì è già operativa una singola onda, in qualche modo amplificata dalla risonanza, e ci sono coppie di elettroni già pronte (ad esempio CuCl, SiC). È necessario prendere una tale sostanza, determinare la frequenza acustica e, invece dei fononi balistici, applicare ad essa vibrazioni ultrasoniche di potenza sufficiente (eseguire il lavoro dell'energia del plasma ionico). Con questa azione rafforzeremo il feedback e avvieremo il ciclo energetico, il risultato ci sarà superconduttore artificiale a temperatura ambiente. Va ricordato che se la potenza ultrasonica è insufficiente, cambierà solo il valore di resistenza del campione. È possibile che alcuni cristalli con effetto Gunn funzionino secondo questo principio, dove si creano potenti oscillazioni elettriche. Apparentemente, lì, dall'azione di una tensione elettrica applicata superiore a 3 kilovolt, si verificano le stesse oscillazioni balistiche a temperatura ambiente, ma per qualche motivo sono di breve durata, solo per il periodo di oscillazione. Gli ultrasuoni su piccoli cristalli possono essere sostituiti da impulsi laser con tempi di fermisecondi.
Secondo il ragionamento sopra esposto è possibile delineare il percorso produttivo superconduttore indoor. È necessario prendere un materiale con forti legami chimici per il buon funzionamento dell'onda sonora, utilizzare strumenti per determinare tutte e tre le onde elettromagnetiche e, introducendo atomi pesanti o leggeri nel reticolo cristallino, ottenere una risonanza a tre onde. E poi regolare la forza di feedback dell'onda sonora, prima con gli ultrasuoni (o il laser), e poi, attraverso l'esperimento, sviluppare un metodo per eccitare le vibrazioni balistiche. Il carburo di silicio è adatto a questo e in futuro sarà il migliore superconduttore il materiale sarà carbonio ordinario, poiché le sue scaglie contengono per natura i legami chimici più forti, di conseguenza superconduttività sarà richiesta l'energia minima delle vibrazioni balistiche.
In conclusione, notiamo che un superconduttore differisce da tutti gli altri materiali per un'unica onda elettromagnetica interna risonante sugli elettroni esterni e che lavora in tandem con le vibrazioni balistiche degli atomi (fononi). Prova di ciò è la volumetria e la superficie recentemente scoperte sperimentalmente superconduttività Collegamento BB alla pubblicazione
Grazie mille per il tuo contributo allo sviluppo della scienza e della tecnologia domestica!
