Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Międzynarodowy zespół naukowców odkrył, że atomy wodoru w wodorkach metalu są dużo gęściej upakowane niż uważano do tej pory. Właściwość ta może prowadzić do pojawienia się nadprzewodnictwa w temperaturach i ciśnieniach zbliżonych do panujących w warunkach pokojowych. Tego rodzaju materiał nadprzewodzący, służący do przesyłania energii elektrycznej bez strat wywołanych rezystancją, mógłby zrewolucjonizować efektywność energetyczną w szerokim zakresie zastosowań.

W należącym do Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych Narodowym Laboratorium Oak Ridge (ORNL) naukowcy przeprowadzili eksperymenty rozpraszania neutronów na wodorku cyrkonowo-wanadowym pod ciśnieniem atmosferycznym w zakresie temperatur sięgających od –268 stopni Celsjusza (5 K) do –23 stopni Celsjusza (250 K) – czyli znacznie powyżej temperatury, w której spodziewane jest wystąpienie nadprzewodnictwa przy takim ciśnieniu. Wyniki pomiarów w żaden sposób nie zgadzały się z istniejącymi modelami. Prof. Zbigniew Łodziana z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie, jeden z członków międzynarodowego zespołu badaczy, zaproponował nowy model tego wodorku. Model ten, poddany obliczeniom na jednym z najpotężniejszych superkomputerów na świecie, pozwolił w prosty sposób wyjaśnić obserwacje eksperymentalne. Okazało się, że odległości pomiędzy atomami wodoru w badanym materiale wynoszą 1,6 angstrema, podczas gdy dotychczas ugruntowane przewidywania dla tych związków wyznaczały tę odległość na poziomie co najmniej 2,1 angstrema.

Odkrycia międzynarodowego zespołu badaczy ze szwajcarskiego Laboratorium Badania Materiałów i Technologii EMPA, Uniwersytetu w Zurychu, Uniwersytetu Illinois w Chicago ORNL oraz Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie opublikowane zostały w prestiżowym czasopiśmie Proceedings of National Academy of Sciences.

Uzyskana struktura atomowa posiada niezwykle obiecujące właściwości, ponieważ wodór znajdujący się w metalach wpływa na ich właściwości elektronowe. Inne materiały o podobnym upakowaniu atomów wodoru przechodzą w stan nadprzewodnictwa, ale tylko przy bardzo wysokich ciśnieniach.

Na przykład niedawno odkryty dekawodorek lantanu osiąga stan nadprzewodnictwa w temperaturze około –13 stopni Celsjusza, tyle że pod ciśnieniem 150 tysięcy MPa, czyli prawie półtora miliona razy wyższym niż ciśnienie atmosferyczne! Tak wysokie ciśnienie potrzebne jest, by zbliżyć do siebie atomy wodoru na odległość mniejszą niż 2 angstremy. Nam udało się pokazać, że wodór można upakować w taki sposób również pod ciśnieniem atmosferycznym. Co ciekawe – od ponad 40 lat panowało przekonanie, iż nie jest to możliwe, stąd badano materiały pod wysokimi ciśnieniami. Znalezienie substancji, która jest nadprzewodnikiem w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem atmosferycznym, najprawdopodobniej pozwoli inżynierom wykorzystać go do projektowania powszechnie stosowanych systemów i urządzeń elektrycznych, jak na przykład tomografów rezonansu magnetycznego. Mamy nadzieję, że tani i stabilny stop w rodzaju wodorku cyrkonowo-wanadowego można będzie łatwo zmodyfikować w taki sposób, aby uzyskać nadprzewodzący materiał – wyjaśnia prof. Zbigniew Łodziana z IFJ PAN.

Badacze przeanalizowali oddziaływania atomów wodoru w dobrze poznanym wodorku metalu za pomocą wysokiej rozdzielczości wibracyjnej spektroskopii nieelastycznego rozpraszania neutronów wiązki VISION, pochodzącej ze spalacyjnego źródła neutronów laboratorium Oak Ridge w Stanach Zjednoczonych. Uzyskany sygnał widmowy, w tym znaczący wzrost intensywności przy energii około 50 milielektronowoltów, nie zgadzał się z przewidywaniami poczynionymi w ramach istniejących modeli teoretycznych.

Przełom w zrozumieniu obserwacji nastąpił po wykonaniu obliczeń w Oak Ridge. Zaproponowany przez prof. Łodzianę model posłużył opracowaniu strategii analizy danych. Obliczenia wykonano na superkomputerze Titan, jednym z najszybszych tego typu urządzeń na świecie. Komputer ten zbudowany jest w oparciu o platformę Cray XK7 i działa z prędkością dochodzącą do 27 petaflopów (czyli 27 biliardów operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę). Wykonanie takich obliczeń na komputerze domowym trwałoby około dwudziestu lat, a na najszybszym polskim superkomputerze Prometheus w ACK Cyfronet jakieś 3–5 miesięcy. Na maszynie Titan wyniki obliczeń otrzymaliśmy w niespełna tydzień – mówi prof. Łodziana.

Przeprowadzone symulacje komputerowe, wraz z dodatkowymi eksperymentami wykluczającymi alternatywne wyjaśnienia, wykazały jednoznacznie, że nieoczekiwana sygnatura widmowa występuje tylko wtedy, gdy odległości między atomami wodoru są mniejsze niż 2 angstremy. Takiego zjawiska nigdy wcześniej nie zaobserwowano w wodorkach metalu dla ciśnień i temperatur charakterystycznych dla warunków pokojowych. Odkrycia zespołu stanowią więc pierwszy znany wyjątek od kryterium Switendicka w stopie bimetalicznym – czyli zasady obowiązującej dla stabilnych wodorków w warunkach standardowych, która mówi o tym, że odstęp między atomami wodoru nie może być mniejszy niż 2,1 angstrema.

W kolejnych doświadczeniach naukowcy planują wzbogacić wodorek cyrkonowo-wanadowy większą ilością wodoru pod różnymi ciśnieniami, aby ocenić potencjalne nadprzewodnictwo badanego materiału.

Czy zatem znajdujemy się u progu technologicznej rewolucji polegającej na znalezieniu materiału wykazującego właściwości nadprzewodzące w temperaturze pokojowej? Tego nie wiem, ale z pewnością udało nam się poczynić istotny krok w tym kierunku – przekonuje prof. Łodziana.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Kurcze, ciepły nadprzewodnik rozwiązałby nam wiele problemów. Moglibyśmy zwiększyć zaludnienie jakieś 2-3 razy :D

 

Edited by Jajcenty

Share this post


Link to post
Share on other sites

To już nie wystarcza podzielić ilość wchłoniętego wodoru przez objętość próbki, teraz trzeba robić symulacje komputerowe?

31 minut temu, Jajcenty napisał:

Moglibyśmy zwiększyć zaludnienie jakieś 2-3 razy

Zatem do dzieła!

Share this post


Link to post
Share on other sites
17 minut temu, peceed napisał:

To już nie wystarcza podzielić ilość wchłoniętego wodoru przez objętość próbki, teraz trzeba robić symulacje komputerowe?

 Wystarczy że jedyne dwa wodory w całej próbce będą blisko, a powstanie sygnatura, choć uśredniona Twoim sposobem odległość między wodorami jest bliska rozmiarowi próbki.  

nieoczekiwana sygnatura widmowa występuje tylko wtedy, gdy odległości między atomami wodoru są mniejsze niż 2 angstremy

17 minut temu, peceed napisał:

Zatem do dzieła!

Ja swoje zrobiłem. 

 

 

Edited by Jajcenty

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 godziny temu, Jajcenty napisał:

Ja swoje zrobiłem. 

Zapewne, choć patrząc na:

4 godziny temu, KopalniaWiedzy.pl napisał:

Okazało się, że odległości pomiędzy atomami wodoru w badanym materiale wynoszą 1,6 angstrema, podczas gdy dotychczas ugruntowane przewidywania dla tych związków wyznaczały tę odległość na poziomie co najmniej 2,1 angstrema.

myślę, że z chemikami nie tylko nie warto zapalniczką przyświecać (czy akumulator się naładował), ale nie warto też sięgać po piwo... ;)

2 godziny temu, Jajcenty napisał:

nieoczekiwana sygnatura widmowa występuje tylko wtedy, gdy odległości między atomami wodoru są mniejsze niż 2 angstremy

Nieoczekiwana? Hmm...

Share this post


Link to post
Share on other sites

Kto czytał "Sprawa Atomu" Gryzińskiego?  

Pytam oczywiście jedynie tych, którzy ogarniają funkcje falowe i Schrodingera?  ...no może tez tych, którzy rozumieją przeskok fali przez szczelinę o rozmiarze fali   :-)

...ci powinni ogarniać.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ech... Wątki satyryczne to raczej w luźne polecam.

Share this post


Link to post
Share on other sites
3 godziny temu, Jarosław Bakalarz napisał:

Kto czytał "Sprawa Atomu" Gryzińskiego?  

Ja. Gryziński nie zrozumiał mechaniki kwantowej.

9 godzin temu, Jajcenty napisał:

Wystarczy że jedyne dwa wodory w całej próbce będą blisko, a powstanie sygnatura, choć uśredniona Twoim sposobem odległość między wodorami jest bliska rozmiarowi próbki.  

W takim razie jaki rozmiar ma ta próbka?:blink:

Share this post


Link to post
Share on other sites
7 godzin temu, ex nihilo napisał:

Czyli 4-6?

Nie, nocoty?, Zreplikowałem jedną sztukę, której wpojono niechęć do rozmnażania. Mogę śmiało, wzorem Denethora, biegać i krzyczeć 'my line has ended'. Takie mam fajne geny (jestem mądry, przystojny, bogaty, skromny) i się zmarnują. Trudno. Planeta ważniejsza. ;P

9 godzin temu, peceed napisał:

W takim razie jaki rozmiar ma ta próbka?

A to nie ma znaczenia. Po to dzielisz przez objętość czy masę by się uniezależnić od wymiarów i symulacji :D . Problem w tym, że takie podejście działa jako tako dla gazów* a tu mamy do czynienia z ciałem stałym / kryształem gdzie odległości między atomami nie są średnie tylko wymuszone długością wiązań - a to już Twoja działka - kwanty, funkcje falowe, przepraszam za wyrażenie, komutowanie operatorów i takie tam inne.  

Ale zasadniczo masz rację, lepiej byłoby zrobić jakiś obraz dyfrakcji rentgenowskiej, co mogłoby dać niepodważalny dowód struktury. Jedno zdjęcie warte tysiąc symulacji. Nie wiem tylko czy dysponujemy takimi energiami by oglądać protony.    

*) zwykle pojawia się tu słowo 'doskonałych'

Edited by Jajcenty

Share this post


Link to post
Share on other sites
9 hours ago, peceed said:

Ja. Gryziński nie zrozumiał mechaniki kwantowej.

Za twardo postawiłeś tezę (chyba, że znałeś go osobiście). Książka troszkę freemanowsko napisana i błedy w interpretacji niektórych zjawis są - owszem. 

Z drugiej strony - pamiętam wypowiedź znanej persony, która (parafrazując)  powiedziała, że gdy spotykają się fizycy kwantowi, to żaden żadnego nie rozumie i każdy gada sam do siebie.

 

@jajcenty

"zwykle pojawia się tu słowo 'doskonałych'"

Zawsze stawiałem sobie pytanie jak wygląda wyładowanie w krysztale metalu szlachetnego. Masz i uporządkowanie i określoną szczelinę między atomami i warunki do dyfrakcji, itp itd

(wspominam o tym, bo przypomniało mi się, jak USNavy wiek temu bombardowało ołów pociskami z sodu i otrzymywali monokryształy sodu; widziałeś sód przeźroczysty jak szkło?)

Share this post


Link to post
Share on other sites
27 minut temu, Jarosław Bakalarz napisał:

widziałeś sód przeźroczysty jak szkło?)

Nie widziałem. Ciekawe czy taka postać jest odporna na deszcz? Pojęcie szkło sodowe mogłoby nabrać nowego znaczenia.

 

29 minut temu, Jarosław Bakalarz napisał:

Masz i uporządkowanie i określoną szczelinę między atomami i warunki do dyfrakcji, itp itd

Ale także degenerację orbitali i gaz elektronowy.

Share this post


Link to post
Share on other sites
5 godzin temu, Jarosław Bakalarz napisał:

Za twardo postawiłeś tezę

Nie dbam o konwenanse, liczy się to że teza jest prawdziwa. Jakieś 15  lat temu straciłem przez nią mnóstwo czasu który mogłem poświęcić na właściwe zrozumienie fizyki. Takie książki są szkodliwe, szczególnie u osób które dopiero uczą się MK. Powinno się pokazywać jak MK odtwarza świat klasyczny, a nie odwrotnie.

5 godzin temu, Jarosław Bakalarz napisał:

gdy spotykają się fizycy kwantowi, to żaden żadnego nie rozumie i każdy gada sam do siebie

To nie fizycy są kwantowi tylko rzeczywistość.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 minuty temu, Jarosław Bakalarz napisał:

jeśli rzeczywistość jest kwantowa to fizycy tym bardziej

E no nie, widziałem kilku, zbyt makroskopowi, ze zredukowanymi funkcjami falowymi z powodu zbyt dużej podatności na dekoherencję.  

Share this post


Link to post
Share on other sites
6 minut temu, Jajcenty napisał:

E no nie, widziałem kilku, zbyt makroskopowi, ze zredukowanymi funkcjami falowymi z powodu zbyt dużej podatności na dekoherencję.

To taki paradoks, z jednej strony są lepiej przybliżani przez klasyczną kulę, a z drugiej jak chcesz opisać ich dynamikę to bez równania falowego nie da rady...

16 minut temu, Jarosław Bakalarz napisał:

jeśli rzeczywistość jest kwantowa to fizycy tym bardziej (vide teoria zbiorów).

Jeśli wszystko jest "kwantowe" to ten przymiotnik przestaje być znaczący.

Share this post


Link to post
Share on other sites

@Jajcenty   "widziałem kilku, zbyt makroskopowi"   To  ustalmy: czy zjawisko kwantowe zachodzące lawinowo i mające swą egzemplifikacyję  (w sensie 'widziałem') w makroskopii jest wciąż kwantowe?

@peceed   "Jeśli wszystko jest "kwantowe" to ten przymiotnik przestaje być znaczący."  Czyli mamy mobiusa czy zatoczenie kręgu w pojęciach?  

...te kwanty to wredne są. Podchodzisz, chcesz popatrzeć, a to ci się w chmurę prawdopodobieństwa zamienia.

Share this post


Link to post
Share on other sites
W dniu 18.04.2020 o 20:30, Jarosław Bakalarz napisał:

To  ustalmy: czy zjawisko kwantowe zachodzące lawinowo i mające swą egzemplifikacyję  (w sensie 'widziałem') w makroskopii jest wciąż kwantowe?

Tak. To "kwanty" są fundamentalne, rzeczywistość klasyczna jest pochodna. W drugą stronę to nie działa, ale większość ludzi (i fizyków) wciąż tego nie chce przyjąć do wiadomości.

Tymczasem rzeczywistość klasyczna to najciekawsze zjawisko kwantowe :)
 

W dniu 18.04.2020 o 20:30, Jarosław Bakalarz napisał:

...te kwanty to wredne są. Podchodzisz, chcesz popatrzeć, a to ci się w chmurę prawdopodobieństwa zamienia

Realistycznie patrząc to wszelka informacja w praktyce ma charakter probabilistyczny, ze wszechobecnymi niepewnościami. Te niepewności praktyczne są dokładnie tej samej natury co kwantowe (tylko traktowanie modelu klasycznego rzeczywistości za fundamentalny sprawia, że wydaje się nam inaczej!).

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

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcom z University of Sheffield udało się rozwiązać jedną z zagadek ewolucji galaktyk. Zauważyli oni, że supermasywne czarne dziury znajdujące się w centrach niektórych galaktyk przyspieszają olbrzymie strumienie wodoru molekularnego wydobywające się z galaktyki. Jako, że wodór jest potrzebny do formowania się gwiazd, zjawisko powyższe ma bezpośredni wpływ na ewolucję galaktyk.
      Ucieczka wodoru z galaktyk jest jednym z elementów uwzględnianych w modelach teoretycznych, jednak dotychczas nie było wiadomo, w jaki sposób strumienie gazu są przyspieszane.
      Brytyjscy uczeni, wykorzystując Very Large Telescope zauważyli, że w pobliskiej galaktyce IC5063 molekularny wodór jest przyspieszany przez dżety elektronów do około 1 miliona kilometrów na godzinę. Elektrony, poruszające się niemal z prędkością światła, są z kolei napędzane przez czarną dziurę. Przyspieszanie gazu ma miejsce w obszarze, gdzie jest go bardzo dużo.
      Odkrycie pozwala nam lepiej zrozumieć, jaka przyszłość czeka Drogę Mleczną. Za około 4 miliardy lat zderzy się ona z Galaktyką Andromedy. Można zatem przypuszczać, że mocno skoncentrowany gaz, który pojawi się w centrum takiego systemu dwóch galaktyk, będzie napędzany przez czarną dziurę i zostanie wyrzucony z galaktyki.
      Profesor Clive Tadhunter zauważa, że molekularny wodór stanowi większość z przyspieszanej materii. Tymczasem jest to niezwykle delikatny gaz, który ulega zniszczeniu już przy niskoenergetycznych oddziaływaniach. To niezwykłe, że ten gaz molekularny może przetrwać spotkanie z dżetami elektronów poruszającymi się z prędkością bliską prędkości światła.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Brytyjscy naukowcy ze Science and Technology Facilities Council twierdzą, że dokonali przełomu na polu przechowywania wodoru. Przełom taki pozwoliłby na pojawienie się samochodów napędzanych wodorem.
      Wodór jest przez wielu uznawany za najlepsze paliwo dla pojazdów. Problem w tym, że jego transport i przechowywanie są niezwykle ryzykowne i kosztowne. Prace Brytyjczyków mają zaś zapewniać bezpieczeństwo i znacząco obniżyć koszty infrastruktury związanej z wykorzystaniem wodoru w roli paliwa.
      Substancją, która ma pozwolić na bezpieczne przechowywanie wodoru jest amoniak. Cząsteczka amoniaku składa się z jednego atomu azotu i trzech atomów wodoru. Istnieją bardzo efektywne katalizatory rozbijające amoniak na wspomniane atomy. Jednak najlepsze z nich składają się z bardzo drogich metali szlachetnych. Brytyjczycy zrezygnowali katalizatora i w jego miejsce wykorzystali dwa proste procesy chemiczne, dzięki którym uzyskali takie same wyniki co przy użyciu katalizatora, jednak cały proces pozyskania wodoru kosztował ułamek tego, ile kosztuje wykorzystanie katalizatora.
      Zdaniem naukowców infrastruktura do tankowania amoniaku może być równie prosta jak infrastruktura do tankowania LPG. W samym samochodzie amoniak może być przechowywany pod niskim ciśnieniem w zbiorniku z tworzywa sztucznego.
      Nasza metoda jest równie skuteczna jak najlepsze dostępnie obecnie metody z wykorzystaniem katalizatora. Jednak wykorzystywany przez nas materiał aktywny, amidek sodu, kosztuje grosze. Możemy efektywnie i tanio w czasie rzeczywistym wytwarzać wodór z amoniaku - cieszy się profesor Bill David. Niewielka ilość wodoru wymieszana z amoniakiem wystarczy do zapłonu konwencjonalnego silnika spalinowego. Jeszcze nie zoptymalizowaliśmy naszego procesu, ale sądzimy, że reaktor o pojemności 2 litrów będzie w stanie wyprodukować wystarczającą ilość wodoru, by napędzać średniej wielkości samochód rodzinny. Zastanawiamy się też, jak uczynić wykorzystanie amoniaku maksymalnie bezpiecznym i zredukować do zera emisję tlenków azotu - dodaje uczony.
      Amoniak już teraz jest jednym z najczęściej transportowanych związków chemicznych na świecie. Dzięki niemu powstaje niemal połowa żywności na świecie. Nie powinno być większych problemów ze zwiększeniem produkcji amoniaku na potrzeby motoryzacji. Jeśli brytyjska technologia się sprawdzi, może dojść do przełomu na rynku motoryzacyjnym. Producenci planują co prawda sprzedaż samochodów z ogniwami wodorowymi, jednak wiążą się z tym poważne obawy o bezpieczeństwo pojazdów ze zbiornikami na gaz pod wysokim ciśnieniem. Ponadto rozpowszechnienie się takich rozwiązań wymagałoby budowy niezwykle kosztownej infrastruktury. Amoniak wydaje się rozwiązywać oba te problemy.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Pod koniec obecnej dekady popularność ciężarówek napędzanych wodorem osiągnie punkt zwrotny, uważają szefowie dwóch największych na świecie producentów samochodów ciężarowych. W ciągu najbliższych lat na rynek ma trafiać coraz więcej pojazdów napędzanych wodorem, a pod koniec dekady ich popularność zacznie wyraźnie rosnąć.
      Martin Daum, szef Daimler Truck powiedział, że co prawda jeszcze w ciągu najbliższych 3–4 lat sprzedaż samochodów ciężarowych będzie niemal całkowicie zdominowana przez pojazdy napędzane silnikami Diesla, to w latach 2027–2030 na rynek coraz śmielej będą wchodziły pojazdy napędzane wodorem, a ich sprzedaż będzie szybko rosła. Z kolei Martin Lundstedt, szef Volvo Group, stwierdził, że ciężarówki z alternatywnym napędem będą szybko zyskiwały na popularności po tym, jak w roku 2025 rozpocznie się produkcja ogniw paliwowych. Oba koncerny zawiązały ostatnio joint venture, którego celem jest rozwój napędu wodorowego.
      Volvo zapowiada, że już w roku 2030 połowa ciężarówek tej marki sprzedawana w Europie wędzie napędzana silnikiem elektrycznym lub wodorowymi ogniwami paliwowymi. Natomiast od roku 2040 obie firmy chcą sprzedawać wyłącznie pojazdy z silnikami innymi niż spalinowe.
      Wspomniane powyżej joint venture o nazwie Cellcentric rozpocznie w 2025 roku produkcję wodorowych ogniw paliwowych. Wodór jest postrzegany jako paliwo najbliższej przyszłości dla wielkich ciężarówek pokonujących duże dystanse w Europie, USA i innych częściach świata. Martin Daum, który przewiduje, że w przyszłości połowa samochodów ciężarowych będzie napędzana silnikami elektrycznymi, a połowa wodorowymi, mówi, że jeśli musisz wjechać 40-tonową ciężarówką na wzgórze, to potrzebujesz olbrzymich ilości energii, a zapewnić ją może albo silnik diesla, albo wodór. Ogniwa paliwowe i wodór będą odgrywały olbrzymią rolę, dodaje Lundstedt.
      Obaj menedżerowie podkreślają, że bardzo ważną rolę muszą odegrać rządy poszczególnych państw. Powinny one doprowadzić do powstania odpowiedniej infrastruktury umożliwiającej tankowanie wodorem. Ich zdaniem do roku 2025 w Europie powinno istnieć około 300 punktów tankowania, a do roku 2030 – 1000.
      Obaj menedżerowie zauważają, że przez co najmniej kolejnych 15 lat ciężarówki napędzane akumulatorami i ogniwami wodorowymi będą droższe, niż samochody napędzane silnikami diesla. Daum zauważa, że przeciętny właściciel samochodu ciężarowego wydaje w ciągu jego użytkowania 3–4 razy więcej pieniędzy na paliwo, niż na zakup pojazdu. Zachętą do zakupu ciężarówek z alternatywnym typem napędu powinny być, jego zdaniem, nie dopłaty do samych samochodów, ale odpowiednie opłaty za emisję CO2 nakładane na paliwa kopalne.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Splątanie kwantowe to fascynujące zjawisko leżące u podstaw tworzonych właśnie systemów do kwantowej komunikacji, kwantowych obliczeń czy kwantowych czujników środowiskowych. Stan splątany dwóch cząstek oznacza, że mierząc jedną z cząstek możemy poznać właściwości drugiej, mimo że są one od siebie znacznie oddalone i nie ma między nimi kontaktu.
      Naukowcy z Uniwersytetu w Kopenhadze splątali właśnie mechaniczny oscylator ze spinem grupy atomów. Ich osiągnięcie kładzie podwaliny pod osiągnięcie stanu splątanego odmiennych systemów, co z kolei może posłużyć m.in. do budowy komputerów kwantowych.
      Przed około dekadą zaproponowaliśmy teoretyczny sposób na splątanie mechanicznego oscylatora z oscylatorem spinowym za pomocą fotonów. Wykorzystaliśmy przy tym zasadę, która została później nazwana „wolnymi podprzestrzeniami mechaniki kwantowej” lub „trajektoriami bez kwantowych nieoznaczoności". W naszym najnowszym artykule donosimy o eksperymentalnym zaimplementowaniu naszej teorii, mówi profesor Eugene S. Polzik, który stał na czele grupy badawczej.
      W celu uzyskania splątania pomiędzy systemem mechanicznym a spinowym Polzik i jego zespół wykorzystali fakt, że w stanie wzbudzonym dochodzi do redukcji energii spinowego oscylatora, co można postrzegać jako posiadanie przezeń jako posiadanie „ujemnej masy”.
      Splątanie pomiędzy systemem mechanicznym a spinowym uzyskujemy poprzez wysłanie światła pomiędzy oboma systemami: mechanicznym oscylatorem o masie dodatniej i spinowym oscylatorem o efektywnej masie ujemnej. Wykonanie pomiaru tego światła wprowadza oba systemy w stan splątany. Kolejne powtarzalne pomiary potwierdzają splątanie pokazując, że kwantowe fluktuacje w obu systemach są silnie ze sobą skorelowane, mówi Polzik.
      Eksperyment może też wskazywać, iż możliwe jest poradzenie sobie z zasadą nieoznaczoności Heisenberga. Jak mówi profesor Polzik, wykorzystanie „masy ujemnej” może bowiem pozwolić na osiągnięcie nieograniczonej dokładności pomiaru.
      Zespół Polzika przygotowuje teraz eksperyment, którego celem będzie wykazanie potencjalnej przydatności opisanych powyżej badań do udoskonalenia wykrywaczy fal grawitacyjnych LIGO i VIRGO.
      Szczegóły badań zostały opublikowane w artykule Entanglement between distant macroscopic mechanical and spin systems

      « 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
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...