Co je supravodič a proč může změnit svět?

Možná jste narazili na nejnovější módní slovo v televizi, rádiu nebo ve svých materiálech pro čtení: objev skupiny jihokorejských výzkumníků supravodivého materiálu s výjimečnými a převratnými vlastnostmi. Ale co přesně je supravodič a proč by mohl mít potenciál způsobit revoluci ve světě?

Pro začátek je důležité pochopit, že supravodič je látka schopná vést elektřinu. Do kategorie vodičů spadá jakýkoli materiál, který klade minimální odpor toku elektrického náboje. Obvykle se jako primární vodiče elektrického proudu spoléháme mimo jiné na materiály jako zlato, stříbro, hliník, cín nebo měď.

Výzva spočívá ve frázi „nabízí minimální odpor“. To znamená, že část elektřiny procházející těmito vodivými materiály se rozptýlí jako teplo. Z hlediska odporu vede stříbro jako vodič s nejmenším odporem, následuje zlato a měď.

supravodič

Co je to supravodič?

Supravodič je materiál, který má jedinečnou schopnost vést elektrický proud absolutně bez odporu, což má za následek nulovou ztrátu energie. Tuto pozoruhodnou vlastnost poprvé objevil holandský fyzik Heike Kamerlingh Onnes v roce 1911.

Na rozdíl od „normálních“ vodičů vykazují supravodiče nulový elektrický odpor. To znamená, že elektrický proud může protékat supravodivým materiálem neomezeně dlouho, aniž by vyžadoval nepřetržitý zdroj energie. Tato vlastnost je podobná feromagnetismu nebo chování čistých magnetů, které mohou přitahovat železné prvky bez potřeby elektrické indukce.

Supravodivé materiály lze rozdělit do dvou hlavních typů:

1. Typ I: Tyto materiály neumožňují, aby jimi proniklo vnější magnetické pole bez podstatného vynaložení energie. Při překročení kritické teploty mohou projít náhlým přechodem do nesupravodivého stavu.

2. Typ II: Také známé jako „nedokonalé supravodiče“, tyto materiály umožňují magnetickému poli pronikat kanály označovanými jako „Abrikosovovy víry“ nebo „fluxony“.

Jednou ze zajímavých vlastností supravodičů je jejich potenciál pro další vlastnosti, jako je levitace. Tato vlastnost otevírá řadu možností pro praktické aplikace a inovace s těmito materiály.

supravodičová magnetická levitace

Hlavní problémy supravodičů

Zatímco koncept supravodičů je nesmírně slibný, existují významné výzvy spojené s jejich praktickým použitím. Mezi hlavní problémy supravodičů patří:

teplota: Supravodiče obvykle vyžadují extrémně nízké teploty v rozmezí od přibližně -100 ºC do absolutní nuly (0 ºK / −273.15 °C / −459.67 °F), aby vykazovaly své supravodivé vlastnosti. Toto omezení je činí nepraktickými pro mnoho každodenních aplikací, protože udržování takto nízkých teplot může být energeticky náročné a drahé.

Tlak: Některé supravodiče, které pracují při vyšších teplotách, vyžadují extrémně vysoké tlaky, aby fungovaly efektivně. To může být podstatnou překážkou jejich praktického použití, protože vytváření a udržování takových tlaků může být technicky náročné a nákladné. V některých případech jsou vyžadovány tlaky asi 100,000 XNUMX zemských atmosfér.

Náklady: Vývoj, výroba a efektivní využití supravodičů je pomalý a drahý proces. Materiály a technologie zapojené do výzkumu a aplikace supravodivosti mohou být neúměrně nákladné, což brání jejich širokému přijetí.

Nepochybně hlavními výzvami, které je třeba řešit, jsou požadavky na teplotu a tlak. Vývoj supravodičů, které mohou pracovat při dostupnějších teplotách a za standardních atmosférických podmínek, by výrazně snížil náklady a otevřel množství potenciálních aplikací v různých průmyslových odvětvích a prostředích. Překonání těchto překážek je nezbytné pro uvolnění plného potenciálu supravodičů v praktickém každodenním použití.

Je LK-99 konečný supravodič?

Primární výzvy, kterým supravodiče čelí, spočívají v jejich provozních požadavcích na teplotu a tlak. Po těchto překážkách se pozornost přesouvá na vývoj metod pro hromadnou výrobu a snižování výrobních nákladů.

Nedávno tým jihokorejských výzkumníků odhalil slibného kandidáta známého jako supravodič LK-99. Tento materiál je kompozitem lanarkitu a minerálů fosfidu mědi.

LK-99 odlišuje jeho pozoruhodná supravodivá vlastnost, která zůstává nedotčena při teplotách až 127ºC a za standardního atmosférického tlaku. Za těchto běžných podmínek materiál vykazuje nulový odpor a dokonce vykazuje magnetickou levitaci. Překvapivě, dosažení těchto vlastností vyžaduje relativně přímočarý výrobní proces.

supravodič lk-99

Významnou nevýhodou však je, že při zvýšených teplotách může mít LK-99 potíže s přenosem značných elektrických proudů. Toto omezení by mohlo představovat problémy v různých praktických aplikacích.

Četné vědecké týmy po celém světě nyní pilně pracují na ověření tohoto převratného objevu. Je důležité poznamenat, že jakýkoli významný objev musí za podobných podmínek projít kontrolou jiných skupin vědců.

V současnosti se dostupná data zdají být konzistentní a počáteční simulace naznačují platnost objevu. Pro různé výzkumné skupiny je nicméně zásadní, aby materiál syntetizovaly a přísně testovaly. Pokud by se jeho vlastnosti potvrdily, mohlo by to potenciálně vést k okamžité Nobelově ceně, jak poznamenal doktor organické chemie z Duke University v Severní Karolíně v USA v časopise Science.

Proč investovat do čističky vzduchu?

Supravodič LK-99 má potenciál způsobit revoluci v našem světě. Mohlo by to umožnit vytvoření věčných baterií, vysokorychlostních vlaků, které bez námahy levitují na svých kolejích, a energetických sítí s minimálními ztrátami. Kromě toho může přinést významný pokrok v oblastech, jako je medicína, jaderná energie a kvantové výpočty, mezi jinými.