Er wordt een nieuwe toestand van materie ontdekt of wat is het mysterie van vreemde metalen
Wetenschappers hebben al relatief lang geleden ontdekt dat tamelijk complexe combinaties van koper - koperen ander gedrag vertonen dan klassieke metalen. En volgens de resultaten van recente studies hebben wetenschappers er een compleet nieuwe staat van materie in ontdekt.
Het gebruik van deze materialen biedt brede perspectieven bij de vorming van hogetemperatuursupergeleiders, die zo nodig zijn voor de moderne energietechniek en de hele industrie als geheel. Laten we eens kijken wat er zo speciaal is aan deze "vreemde materialen".
De eerste ontdekkingen van hoge temperatuurgeleiders
Al in 1911 de ontdekking van supergeleiding werd gedaan in Holland. Het bleek dat bij een temperatuur van slechts drie Kelvin de weerstand van kwik tot nul daalt (elektriciteit wordt zonder verlies overgedragen).
Verder werd dit effect waargenomen in andere materialen, maar altijd bleef de temperatuur waarbij supergeleiding werd waargenomen extreem laag.
De veranderingen kwamen pas in 1986. Het was toen dat IBM-ingenieurs de eerste hogetemperatuur-supergeleider creëerden - cupratlanthaan en barium. Voor deze K. Müller en G. Bednorts ontving de Nobelprijs.
Supergeleiders met een minimumtemperatuur van 77 Kelvin (maar niet lager) worden hoge temperatuur genoemd. Dit is de temperatuur waarbij vloeibare stikstof kookt.
Momenteel is de bekendste hoge temperatuur supergeleider BSCCO (bisco sandwich), bestaande uit lagen van bismutoxide, strontium, koper en puur calcium.
Dankzij deze materialen zijn speciale apparaten en producten ontstaan in elektrotechniek, transport en energie.
Wat is het mysterie van vreemde metalen
Ondanks dat cuprates al volop in gebruik zijn, worden er in de Large Hadron Collider honderden meters draden van gemaakt. Wetenschappers begrijpen tot op de dag van vandaag de fysica van geleidbaarheid bij hoge temperaturen niet volledig.
De BCS-theorie (genoemd naar de makers D. Bardin, L. Cooper en
D. Schrieffer) beschrijft perfect supergeleiding boven 30 Kelvin. Maar alleen met een temperatuurstijging, wanneer het effect van supergeleiding verdwijnt, beginnen cupraten zich niet als gewone materialen te gedragen.
De elektrische weerstand van cupraten neemt lineair af en niet evenredig met het kwadraat van het temperatuurverschil. Dit is in tegenspraak met de Fermi-vloeistoftheorie, die in 1956 door Lev Landau werd geformuleerd.
Bij extreem lage temperaturen vertonen elektronen het gedrag van een elektronengas, en de interactie wordt beschreven door de vergelijkingen van de kwantummechanica.
In dit geval werkt de Fermi-vloeistoftheorie voor de overgrote meerderheid van de metalen, behalve voor de beruchte kopjes. Daarom hebben natuurkundigen ze in een speciale sectie van "vreemde metalen" geplaatst.
In dergelijke "ondermetalen" bewegen elektronen extreem zwak en over korte afstanden. In dit geval vindt er een intense dissipatie van energie plaats.
Daarom bevinden "vreemde metalen" zich precies in het midden tussen de gebruikelijke metalen en isolatoren.
Talrijke studies hebben een groot aantal "submetalen" aan het licht gebracht, maar zonder enige eigenschappen van supergeleiding. Dit verwarde de kopjesituatie nog meer.
Supergeleiding van cupraten en magnetisch veld
En een experiment uitgevoerd door een internationale wetenschappelijke groep uit de VS, Duitsland en Colombia toonde aan dat het effect van een sterk magnetisch veld van 60-70 Tesla (dit is een enorm waarde, waarbij supergeleiders hun geleidende eigenschappen verliezen) verandert de weerstand van cupraten lineair, en niet volgens een kwadratische wet, zoals in het geval van "normaal" metalen.
Met andere woorden, kopjes vertonen de eigenschappen van metalen, maar met grote tegenzin.
Nieuwe toestand
Met de accumulatie van experimentele gegevens over kopjes, geeft dit aan dat dit niets anders is, als een absoluut unieke vorm van materie, bepaald door de realiteit van kwantumverstrengeling in het macroscopische de wereld.
En een engineeringgroep van het Flatiron Institute in New York slaagde erin een digitaal model van "vreemde metalen" te creëren, wat de veronderstelling bevestigde dat dit niets meer is dan een nieuwe toestand. De zogenaamde tussenvorm tussen gangbare geleidende metalen en isolatiematerialen.
Het blijft dus om een naam te verzinnen voor de nieuwe stand van zaken en door te gaan met onderzoek.
Vond je het materiaal leuk? We houden van, abonneren ons en reageren. Bedankt voor het lezen tot het einde.