Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Padł rekord temperatury nadprzewodnika

Recommended Posts

Naukowcy wykorzystujący Advanced Photon Source z Argonne National Laboratory badają materiał, w których zaobserwowano zjawisko nadprzewodnictwa istniejące w temperaturze -23 stopni Celsjusza. To o około 50 stopni wyższa temperatura niż dotychczasowy rekord.

Mimo, że nadprzewodnictwo pojawia się w ekstremalnie wysokim ciśnieniu, to i tak mamy tutaj do czynienia z wielkim postępem. Ostatecznym celem jest wykorzystanie nadprzewodnictwa w codziennych zastosowaniach.

Naukowcy określili dwa warunki, które definiują materiały, które nadają się na nadprzewodniki. Materiał musi umożliwiać przewodzenie prądu bez oporów oraz być odpornym na działanie pola magnetycznego, które nie może go penetrować.

Dotychczas nadprzewodnictwo uzyskiwano po schłodzeniu materiału do bardzo niskich temperatur. Jednak takie chłodzenie jest niezwykle kosztowne i znacząco obniża możliwość zastosowania tej technologii.

Ostatnie badania teoretyczne wykazały, że nowe klasy hybryd mogą wykazywać nadprzewodnictwo w wysokich temperaturach. Naukowcy z Instytutu Chemii im. Maksa Plancka połączyli siły z University of Chicago. Razem stworzyli materiał o nazwie superwodorek lantanu, przetestowali go pod kątem nadprzewodnictwa oraz określili jego strukturę i skład.

Jedynym problemem jest fakt, że materiał ten wykazuje nadprzewodnictwo przy ciśnieniu 150–170 GPa. To ciśnienie około 1,5 miliona razy większe niż ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza.

W materiale zauważono trzy z czterech cech charakterystycznych dla nadprzewodnictwa. Zaniknęła oporność, pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego zmniejszyła się temperatura krytyczna oraz doszło do zmiany temperatury gdy niektóre pierwiastki zastąpiono innymi izotopami. Czwarta z cech, efekt Meissnera, czyli zanik pola magnetycznego w nadprzewodniku, nie został zaobserwowany. Stało się tak dlatego, że badano na tyle małą próbkę materiału, iż zjawiska tego nie można było wykryć.

Temperatura, przy jakiej zaobserwowano nadprzewodnictwo, naturalnie występuje w wielu miejscach na świecie. To zaś daje nadzieję, że w końcu uda się stworzyć materiał, w którym nadprzewodnictwo pojawi się w temperaturze pokojowej, a przynajmniej przy 0 stopniach Celsjusza.

Obecnie naukowcy pracują nad nowym materiałem, który wykaże nadprzewodnictwo w warunkach jeszcze bardziej zbliżonych do naturalnych. Naszym następnym celem jest zmniejszenie ciśnienia, przy którym syntetyzowane są próbki, zwiększenie temperatury tak, by była bliższa pokojowej, a być może stworzenie materiału, który powstaje przy wysokim ciśnieniu, ale nadprzewodnictwo występuje w nim przy ciśnieniu atmosferycznym, stwierdzili naukowcy.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nadprzewodnictwo w temp. 20 st. C. I przy ciśnieniu 1 TPa :D

Zawsze można drgania cieplne stabilizować ciśnieniem.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zmiany klimaty spowodowały, że cyklony tropikalne docierające na ląd wolniej słabną, przez co dalej docierają i powodują większe zniszczenia, czytamy na łamach najnowszego wydania Nature. Naukowcy z The Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) Graduate University dowiedli, że cyklony, które tworzą się nad gorącymi wodami oceanicznymi, niosą obecnie więcej wilgoci, przez co po dotarciu na ląd dłużej się utrzymują. To sugeruje, że w przyszłości mogą utrzymywać się jeszcze dłużej i obszarom, do których wcześniej nie docierały.
      To bardzo ważne spostrzeżenie, które powinno być brane pod uwagę przy podejmowaniu decyzji dotyczących radzenia sobie ze skutkami globalnego ocieplenia, mówi jeden z autorów badań, profesor Pinaki Chakraborty, dyrektor Jednostki Mechaniki Płynów na OIST. Wiemy, że miejscowości przybrzeżne muszą przygotować się na bardziej intensywne huragany. Okazuje się, że na ich nadejście muszą być też gotowe miejscowości położone w głębi lądu, które mogą nie mieć odpowiedniej infrastruktury, by sobie z tym radzić, a ich mieszkańcy mogą nie mieć doświadczenia z takimi zjawiskami, dodaje uczony.
      Naukowcom z Okinawy udało się wykazać bezpośredni związek pomiędzy ocieplającym się klimatem, a tymi cyklonami, które docierają na ląd. Na potrzeby swoich badań naukowcy przeanalizowali huragany, które w ostatnim półwieczu uformowały się nad północnym Atlantykiem i dotarły na ląd. Okazało się, że obecnie w ciągu pierwszej doby po uderzeniu w ląd cyklony słabną dwukrotnie wolniej niż przed 50 laty. Gdy przyjrzeliśmy się danym jasno było widać, że w kolejnych latach cyklony słabną coraz wolniej. Nie był to jednak proces ciągły. Zmiany w poszczególnych latach odpowiadały zmianom temperatury powierzchni wód oceanicznych, mówi doktorant Lin Li, główy autor badań.
      Naukowcy przetestowali swoje spostrzeżenia za pomocą symulacji komputerowych czterech różnych cyklonów, które przeprowadzono z różnymi danymi dotyczącymi temperatury powierzchni oceanu. Gdy w symulacji huragan osiągnął kategorię 4, naukowcy symulowali jego nadejście nad ląd, odcinając go od źródła wilgoci od spodu.
      Cyklony tropikalne to silniki cieplne, jak np. silnik w samochodzie. W silniku samochodowym spalane jest paliwo i uzyskana energia cieplna zamieniana jest w pracę mechaniczną. W cyklonach wilgoć z powierzchni oceanu jest paliwem, które intensyfikuje i podtrzymuje siłę huraganu, a energia cieplna z wody jest zamieniana w potężne wiatry. W momencie, gdy huragan dotrze na ląd, dostawy paliwa zostają przerwane. Bez paliwa samochód zaczyna zwalniać, a huragan, bez źródła wilgoci, traci na sile, wyjaśnia Li.
      Naukowcy zauważyli, że nawet gdy nad ląd docierają cyklony o tej samej sile, to ten, który uformował się nad cieplejszymi wodami, wolniej słabnie. Symulacje te udowodniły, że wyciągnęliśmy prawidłowe wnioski z naszych analiz. A wnioski te mówią, że cieplejsze oceany wpływają na tempo słabnięcia huraganu, nawet po odcięciu połączenia z wodami oceanicznymi. Pytanie brzmi, dlaczego tak się dzieje, mówi Chakraborty.
      Przeprowadzili więc dodatkowe symulacje i wykazali, że odpowiedzią na to pytanie jest wilgotność. Nawet gdy cyklon dociera na ląd, zamienia się w huragan i nie ma łączności z oceanem, powietrze wciąż zawiera sporo wilgoci. Z czasem wilgoć tę traci i wiatry słabną. Huragany, które powstają nad cieplejszymi wodami oceanicznymi, mogą zawierać więcej wilgoci, która podtrzymuje je przez dłuższy czas i nie pozwala im szybko osłabnąć, dodają uczeni.
      Naukowcy zauważają, że konieczna jest zmiana obecnych – zbyt prostych – modeli badania huraganów. Obecne modele nie biorą pod uwagę wilgotności. Rozważają one huragany jako suchy wir powietrza, który jest osłabiany przez tarcie o ląd. Nasza praca pokazuje, że ten model jest niekompletny. Dlatego też modele te nie wykazywał dotychczas oczywistego wpływu ocieplania się klimatu na huragany, mówi Li.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Fizycy z University of Rochester poinformowali o stworzeniu pierwszego w historii nadprzewodnika działającego w temperaturze pokojowej. Uzyskany przez nich związek wodoru, węgla i siarki wykazuje właściwości nadprzewodzące w temperaturze dochodzącej do 15 stopni Celsjusza. Po raz pierwszy w historii można rzeczywiście stwierdzić, że osiągnięto nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej, mówi Ion Errea z Uniwersytetu Kraju Basków, fizyk-teoretyk zajmujący się materią skondensowaną. Wyniki badań opublikowano na łamach Nature.
      Naukowcy od dawna poszukują nadprzewodników działających w temperaturze pokojowej. Materiały takie zrewolucjonizowałyby wiele dziedzin życia. Pozwoliłyby na bezstratne przesyłanie energii liniami wysokiego napięcia, budowę lewitujących pociągów wielkich prędkości czy stworzenie znacznie bardziej wydajnych komputerów. Niestety, opracowany przez Amerykanów materiał nigdy nie posłuży do stworzenia wspomnianych urządzeń, gdyż wykazuje właściwości nadprzewodzące przy ciśnieniu sięgającym 75% ciśnienia panującego w ziemskim jądrze.
      Ludzie od dawna marzą o nadprzewodnikach. Dlatego też mogą nie docenić tego, co zostało osiągnięte, gdyż potrzebujemy do tego wysokich ciśnień, mówi Chris Pickard z University of Cambridge.
      Teraz, gdy udowodniono, że nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej jest możliwe, należy jeszcze znaleźć materiał, który będzie nadprzewodnikiem przy ciśnieniu atmosferycznym. Na szczęście niektóre cechy nowego związku sugerują, że możliwe będzie znalezienie odpowiedniego materiału.
      Opór elektryczny to zjawisko, które ma miejsce, gdy przemieszczające się elektrony zderzają się z atomami metalu, w którym podróżują. W 1911 roku odkryto, że w niskich temperaturach elektrony wywołują drgania w sieci atomowej metallu, a w wyniku tych drgań elektrony łączą się w pary Coopera. Różne prawa fizyki kwantowej powodują, że pary takie przemieszczają się przez sieć krystaliczną metalu, nie napotykając na żaden opór. Jakby jeszcze tego było mało, tworzą one „nadprzewodzący płyn”, który posiada silne pole magnetyczne, pozwalające np. na osiągnięcie magnetycznej lewitacji nad nadprzewodzącymi szynami kolejowymi.
      W 1968 Neil Ashcroft z Cornell University stwierdził, że w osiągnięciu nadprzewodnictwa powinny pomóc atomy wodoru. Co prawda potrzeba jest niezwykle wysokich ciśnień, by uzyskać sieć krystaliczną wodoru, jednak praca Ashcrofta dawała nadzieję, że uda się znaleźć taki związek wodoru, dzięki któremu będzie to możliwe przy niższych ciśnieniach.
      Szybkich postępów zaczęto dokonywać w XXI wieku, kiedy to z jednej strony pojawiły się potężniejsze komputery, pozwalające na przeprowadzanie teoretycznych obliczeń i warunków, jakie powinny być spełnione, by osiągnąć nadprzewodnictwo, z drugiej zaś rozpowszechniło się użycie kompaktowych komór diamentowych, pozwalających na osiąganie bardzo wysokich ciśnień.
      Badania tego typu są bardzo kosztowne, o czym świadczy chociażby przykład z Rochester. Zespół naukowy, który pochwalił się osiągnięciem nadprzewodnictwa w temperaturze pokojowej, posiłkował się obliczeniami i intuicją. Podczas prac testowano wiele związków wodoru, z różną zawartością wodoru. Konieczne było bowiem znalezienie odpowiednich proporcji tego pierwiastka.
      Jeśli będziemy mieli zbyt mało wodoru, nie uzyskamy dobrego nadprzewodnika. Jeśli będzie go zbyt dużo, to formę metaliczną przybierze on przy ciśnieniach, które niszczą diamentowe ostrza komory. W czasie swoich badań uczeni zniszczyli dziesiątki par takich ostrzy, z których każda kosztuje 3000 USD. Budżet na diamenty to największy problem, przyznaje Ranga Dias, szef zespołu badawczego.
      Dzisiejszy sukces był możliwy dzięki wykorzystaniu osiągnięć niemieckich naukowców, którzy w 2015 roku uzyskali nadprzewodzący siarkowodór w temperaturze -70 stopni Celsjusza. Amerykanie również rozpoczęli swoją pracę od siarkowodoru. Dodali do niego metan, a całość przypiekli laserem. Byliśmy w stanie wzbogacić całość i wprowadzić do systemu odpowiednią ilość wodoru, by utrzymać pary Coopera w wysokich temperaturach, wyjasnia Ashkan Salamat.
      Naukowcy przyznają, że nie wiedzą dokładnie, jak wygląda ich materiał. Wodór jest zbyt mały, by było go widać w standardowym próbkowaniu struktury, nie wiadomo zatem, jak dokładnie wygląda sieć krystaliczna uzyskanego związku, ani nawet jaka jest jego dokładna formuła chemiczna. Uzyskane wyniki nie do końca zgadzają się też z wcześniejszymi teoretycznymi przewidywaniami. Niewykluczone, że wysokie ciśnienie w jakiś nieprzewidywalny sposób zmieniło badaną substancję, dzięki czemu udało się uzyskać tak dobre nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej.
      Obecnie Dias i jego grupa pracują nad dokładnym określeniem budowy swojej substancji. Gdy już będą to wiedzieli, teoretycy będą mogli przystąpić do obliczeń, pozwalających na dalsze udoskonalenie przepisu na nadprzewodnik w temperaturze pokojowej.
      Dotychczas udowodniono, że próba uzyskania działającego w temperaturze pokojowej nadprzewodnika złożonego z wodoru i jeszcze jednego pierwiastka to ślepy zaułek. Jednak trójskładnikowe związki mogą być rozwiązaniem problemu. Szczególnie obiecująco wygląda tutaj dodanie węgla do całości. Węgiel ma bardzo silne wiązania kowalencyjne i, jak się wydaje, zapobiega on rozpadaniu się par Coopera przy mniejszym ciśnieniu.
      Ciśnienie atmosferyczne będzie tutaj bardzo dużym wyzwaniem. Ale jeśli do równania dodamy węgiel, to jest to bardzo dobry prognostyk na przyszłość, mówi Eva Zurek z zespołu obliczeniowego, który współpracuje z grupą Diasa.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Specjaliści z Fermilab stworzyli najpotężniejszy na świecie magnes do akceleratorów cząstek. Magnes pozwala na wygenerowanie pola magnetycznego o indukcji 14,5 tesli. Poprzedni rekord wynosił 14,1 tesli i również został ustanowiony w Fermilab.
      Obecne osiągnięcie to niezwykle ważny krok dla budowy przyszłych akceleratorów cząstek. Bez silniejszych magnesów nie powstaną bowiem przyszłe akceleratory, takie jak proponowany przez CERN 100-kilometrowy Future Circural Collider (FCC). O ile bowiem Wielki Zderzacz Hadronów wykorzystuje magnesy generujące pole 7,8 tesli, to w FCC naukowcy będą potrzebowali nawet 16 tesli.
      Naszym kolejnym celem jest przekroczenie poziomu15 tesli i zwiększenie maksymalnej siły pola naszych magnesów do 17 tesli albo i więcej. To znakomicie zwiększy wydajność magnesów i zoptymalizuje koszty, mów Alexander Zlobin, który stoi na czele grupy pracującej nad magnesami. Osiągnięcie wyznaczonych przez nas celów położy silne podwaliny pod przyszłe akceleratory cząstek, dodaje uczony.
      W akceleratorach magnesy są używane do kontrolowania wiązki cząstek poruszających się niemal z prędkością światła. Im silniejszy magnes tym łatwiej wiązkę kontrolować.
      Warto zauważyć, że Fermilab znacząco przyspieszyło postęp w dziedzinie magnesów. Prace nad przekroczeniem granicy 14 tesli trwały przez kilkanaście lat. W 2011 roku w Lawrence Berkeley National Laboratory osiągnięto 13,8 tesli. Rekord ten utrzymał się do 2019 roku, kiedy to w Fermilab osiągnięto 14,1 tesli. Wystarczył rok, by osiągnąć 14,5 tesli.
      Tworzenie coraz silniejszych magnesów to konieczność, jeśli chcemy mieć coraz doskonalsze akceleratory. Nie jest to jednak łatwe zadanie. Problem nie tylko w samej technologii, ale też w konieczności opracowywania nowych materiałów. W Wielkim Zderzaczu Hadronów pracują magnesy niobowo-tytanowe. Nie są one w stanie wytrzymać napięcia prądu elektrycznego potrzebnego do wygenerowania 15 tesli. Z odpowiednimi napięciami mogą pracować magnesy niobowo-cynowe, jednak ą one bardzo kruche i mogą rozsypać się pod wpływem działających na nie sił.
      Dlatego w Fermilab już podczas bicia poprzedniego rekordu stworzono specjalną architekturę magnesu, która go wzmacnia i pozwala przetrzymać ściskające i rozciągające go siły. Dziesiątki przewodów o okrągłym przekroju zostało skręconych w odpowiedni sposób, by uzyskane przewody spełniały specyficzne wymagania elektryczne i mechaniczne. Po utworzeniu z kabli zwojów całość była podgrzewana przez dwa tygodnie w temperaturach sięgających niemal 650 stopni Celsjusza, co nadało materiałowi właściwości nadprzewodzące. Następnie zwoje zostały zamknięte w żelaznych obejmach zamkniętych aluminiowymi klamrami, na co nałożono powłokę ochronną z nierdzewnej stali, która ma ochronić zwoje przed ich deformacją.
      I to właśnie magnesy niobowo-cynowe mają pozwolić na osiągnięcie 17 tesli. Zlobin nie wyklucza, że w przyszłości, dzięki nowym materiałom, uda się wygenerować nawet 20 tesli.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Przed trzema dniami w syberyjskim Wierchojańsku temperatura powietrza sięgnęła 38 stopni Celsjusza. To najwyższa temperatura, jaką kiedykolwiek zanotowano na Syberii. W mieście regularne pomiary prowadzone są od 1885 roku.
      Wierchojańsk do niewielkie miasteczko znajdujące się 4800 kilometrów na wschód od Moskwy. Mieszka w nim około 1300 osób, a miejscowość znana jest z ekstremalnych temperatur. Zwykle jest tam bardzo zimno. W zimie średnie temperatury wynoszą -49 stopni Celsjusza. Poprzedni rekord dodatniej temperatury wyniósł tam 37,2 stopnia Celsjusza.
      Jednak właśnie został on pobity. W ostatnią sobotą kilka stacji zanotowało tam 38 stopni. Dzień później temperatura wyniosła 35,2 stopnia, co wskazuje, że rekord nie był przypadkiem.
      Tegoroczny maj był bardzo zimny w Polsce, jednak rekordowo ciepły na Syberii. Średni temperatury były tam o 10 stopni Celsjusza wyższe, niż średnia wieloletnia z lat 1979–2019. To zaś spowodowało liczne pożary.
      Syberia od lat jest jednym z najszybciej ocieplających się regionów świata. Roztapianie się tamtejszego gruntu grozi uwolnieniem do atmosfery olbrzymich ilości metanu, co dodatkowo przyspieszy ocieplenie, oraz licznymi katastrofami, gdyż cała syberyjska infrastruktura była budowana na twardym zamarzniętym gruncie, który obecnie staje się coraz mniej stabilny. Niedawno doszło do wycieku 20 000 ton paliwa z jednego ze zbiorników. Jako przyczynę, obok zaniedbań, wskazuje się właśnie rozmiękczenie gruntu.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Wiele wskazuje na to, że gradzina, która spadła na argentyńskie miasto Villa Carlos Paz 8 lutego 2018 r., może ustanowić nowy rekord wielkości takich bryłek lodu. Dotychczasowy rekord należy do 20,3-cm gradziny, którą znaleziono 23 lipca 2010 r. w Vivian w Dakocie Południowej.
      Naukowcy przeanalizowali bryłki lodu, które spadły nieco ponad 2 lata temu w Argentynie podczas przechodzenia superkomórki burzowej. Maksymalne wymiary tej opisanej na łamach Bulletin of the American Meteorological Society to aż 18,7 na 23,6 cm.
      Prowadząc badania, naukowcy opierali się na wizytach w miejscu zdarzenia, relacjach świadków (było ich sporo ze względu na dużą gęstość zaludnienia), zdjęciach i filmach z serwisów społecznościowych (stąd pozyskano dane fotogrametryczne), danych meteorologicznych i sygnaturach radarowych. Jedna z gradzin została przechowana w zamrażarce, dzięki czemu akademicy mogli dokonać szczegółowych pomiarów.
      Rachel Gutierrez z Penn State odkryła związek między prędkością obrotową prądu wstępującego i większymi rozmiarami gradziny, ale nie wiadomo, na czym on dokładnie polega. Autorzy raportu zaproponowali, żeby bryłki większe niż 15 cm klasyfikować jako "gargantuiczne".
      Superkomórki burzowe cechują bardzo silne, szerokie prądy wstępujące, co ma duże znaczenie dla rozwoju dużych gradzin. Wzorce przepływu powietrza podczas burzy sprawiają, że cząstki opadowe pokonują w prądzie wznoszącym długą drogę, co maksymalizuje czas spędzany w regionie sprzyjającym wzrostowi gradzin - wyjaśnia prof. Matthew Kumjian.
      Tak duży grad może wyrządzić spore szkody. Wg relacji świadków, w Argentynie doszło m.in. do zniszczenia samochodów - w blacharce pojawiły się spore wgniecenia - oraz dachów domów. O ile nam wiadomo, na szczęście nikt nie odniósł poważniejszych obrażeń.
      Gutierrez zaznacza, że takie dane, zwłaszcza spoza USA, są bezcenne. Kumjian dodaje, że tak dobrze zaobserwowany przypadek to ważny krok naprzód w zakresie zrozumienia środowisk i burz, które generują gargantuiczny grad [...]. Jak podkreśla, w pewnych rzadkich przypadkach gargantuiczna gradzina może przebić się przez dach i pokonać parę pięter. Chcielibyśmy pomóc w ograniczeniu wpływu takich zdarzeń na ludzkie życie i majątek. Zależy nam na możliwości przewidywania takich zdarzeń.
      Grad gargantuiczny może występować częściej niż dotąd uważano. Naukowcy potrzebują jednak ochotników, którzy będą raportować takie zdarzenia i zapewniać dokładne pomiary, np. robiąc zdjęcia z obiektem referencyjnym - przedmiotem codziennego użytku lub linijką.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...