يتم اكتشاف حالة جديدة من المادة أو ما هو سر المعادن الغريبة
لقد اكتشف العلماء لفترة طويلة نسبيًا أن التوليفات المعقدة نوعًا ما من النحاس والنحاسيات تظهر سلوكًا مختلفًا عن المعادن الكلاسيكية. ووفقًا لنتائج الدراسات الحديثة ، اكتشف العلماء حالة جديدة تمامًا من المادة فيها.
يوضح استخدام هذه المواد آفاقًا واسعة في تكوين موصلات فائقة عالية الحرارة ، والتي تحتاجها هندسة الطاقة الحديثة والصناعة بأكملها. دعونا نرى ما هي خصوصية هذه "المواد الغريبة".
الاكتشافات الأولى للموصلات عالية الحرارة
بالفعل في عام 1911 تم اكتشاف الموصلية الفائقة في هولندا. وجد أنه عند درجة حرارة ثلاثة كلفن فقط ، تنخفض مقاومة الزئبق إلى الصفر (يتم نقل الكهرباء دون أي خسارة).
علاوة على ذلك ، لوحظ هذا التأثير في مواد أخرى ، ولكن دائمًا ما ظلت درجة الحرارة التي لوحظت فيها الموصلية الفائقة منخفضة للغاية.
جاءت التغييرات فقط في عام 1986. في ذلك الوقت ، ابتكر مهندسو شركة IBM أول موصل فائق عالي الحرارة - كوبراتلانثان وباريوم. لهذا K. مولر وج. حصل Bednorts على جائزة نوبل.
تسمى الموصلات الفائقة بدرجة حرارة لا تقل عن 77 كلفن (ولكن ليست أقل) بدرجة حرارة عالية. هذه هي درجة الحرارة التي يغلي عندها النيتروجين السائل.
حاليا أشهر الموصلات الفائقة عالية الحرارة هو BSCCO (شطيرة بسكو) ، تتكون من طبقات أكسيد البزموت والسترونشيوم والنحاس والكالسيوم النقي.
بفضل هذه المواد ، تم إنشاء أجهزة ومنتجات خاصة في الهندسة الكهربائية والنقل والطاقة.
ما هو سر المعادن الغريبة
على الرغم من حقيقة أن النحاسات مستخدمة بالكامل بالفعل ، إلا أن مئات الأمتار من الأسلاك تصنع منها في مصادم هادرون الكبير. العلماء حتى يومنا هذا لا يفهمون تمامًا فيزياء التوصيل في درجات الحرارة العالية.
نظرية BCS (سميت على اسم مبتكريها D. باردين ، ل. كوبر و
د. Schrieffer) بشكل مثالي للموصلية الفائقة فوق 30 كلفن. ولكن فقط مع زيادة درجة الحرارة ، عندما يختفي تأثير الموصلية الفائقة ، تبدأ النحاسات في التصرف بشكل مختلف عن المواد العادية.
تقل المقاومة الكهربائية للنحاس خطيًا ولا تتناسب مع مربع فرق درجة الحرارة. هذا يتعارض مع نظرية سائل فيرمي ، التي صاغها ليف لانداو في عام 1956.
في درجات الحرارة المنخفضة للغاية ، تُظهر الإلكترونات سلوك غاز الإلكترون ، ويتم وصف التفاعل المصادف بواسطة معادلات ميكانيكا الكم.
في هذه الحالة ، تعمل نظرية سائل فيرمي مع الغالبية العظمى من المعادن ، باستثناء النحاسيات سيئة السمعة. هذا هو السبب في أن الفيزيائيين وضعوها في قسم خاص من "المعادن الغريبة".
في مثل هذه "المعادن الناقصة" تتحرك الإلكترونات بشكل ضعيف للغاية وعلى مسافات قصيرة. في هذه الحالة ، يحدث تبديد شديد للطاقة.
لذلك ، تقع "المعادن الغريبة" بالضبط في الوسط بين المعادن والعوازل المعتادة.
كشفت دراسات عديدة عن عدد كبير من "المعادن الفرعية" ، ولكن بدون أي خصائص للموصلية الفائقة. أدى هذا إلى مزيد من الخلط بين موقف كيوبات.
الموصلية الفائقة للنحاس والمجال المغناطيسي
أظهرت تجربة أجرتها مجموعة علمية دولية من الولايات المتحدة الأمريكية وألمانيا وكولومبيا أن تأثير مجال مغناطيسي قوي من 60-70 تسلا (هذا ضخم القيمة ، التي تفقد عندها الموصلات الفائقة خصائص التوصيل الخاصة بها) تغير مقاومة النحاسيات خطيًا ، وليس وفقًا للقانون التربيعي ، كما في حالة "العادي" المعادن.
بعبارة أخرى ، تُظهر النحاسية خصائص المعادن ، ولكن مع تردد كبير.
حالة جديدة للمادة
مع تراكم البيانات التجريبية على الكوبرات فهذا يدل على أن هذا ليس شيئًا آخر ، كشكل فريد من نوعه للمادة ، تحدده حقائق التشابك الكمي في المجهر العالم.
وتمكنت مجموعة هندسية من معهد فلاتيرون في نيويورك من إنشاء نموذج رقمي لـ "معادن غريبة" ، والتي أكدت الافتراض بأن هذه ليست سوى حالة جديدة للمادة. ما يسمى بالشكل الوسيط بين المعادن الموصلة الشائعة والمواد العازلة.
لذلك يبقى لابتكار اسم للحالة الجديدة للمادة ومواصلة البحث.
هل أعجبتك المادة؟ مثل والاشتراك والتعليق. شكرا لك على القراءة حتى النهاية.