Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Miażdżyli diamenty i w końcu się udało. Mamy nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej

Recommended Posts

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

Share this post


Link to post
Share on other sites

Cieszę się z wkładu Eskimosów w badania nad nadprzewodnikami, ale w normalnych krajach temperatura pokojowa to min. 22 stopnie C.
 

  • Haha 1

Share this post


Link to post
Share on other sites
43 minutes ago, peceed said:

Cieszę się z wkładu Eskimosów w badania nad nadprzewodnikami, ale w normalnych krajach temperatura pokojowa to min. 22 stopnie C.

Może to temperatura pokojowa w pomieszczeniu, w którym stoją lodówki Pfizera :lol:

Zgadzają się nawet diamenty, no bo skąd indziej jak nie ze sprzedaży lub przemytu szczepionek? :lol: :ph34r:

Share this post


Link to post
Share on other sites
4 godziny temu, peceed napisał:

Cieszę się z wkładu Eskimosów w badania nad nadprzewodnikami, ale w normalnych krajach temperatura pokojowa to min. 22 stopnie C.

Tu jest dużo bałaganu. Od zera do 25 :Dhttps://pl.wikipedia.org/wiki/Warunki_normalne https://pl.wikipedia.org/wiki/Warunki_standardowe

Jako zeszłowieczny zdołałem ukończyć edukację przed reformą i dla mnie warunki standardowe to 273,15 K czyli okrągłe 0oC . 25 stopni to upał.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)

Coś Ci się te linki skleiły, a i tak podałeś niewłaściwe. Temperatura pokojowa jest tu:

https://pl.wikipedia.org/wiki/Komfort_cieplny#Optymalne_temperatury_powietrza

Wcześniej można było znaleźć inne zakresy temperatur, zazwyczaj niższe, np. 18-25 stopni. Jak widać, centralne ogrzewanie, klimatyzacja i globalne ocieplenie wpłynęły też na przesunięcie warunków pomiarów z 20 na 25 stopni (tę temperaturę po prostu łatwiej utrzymać).

Edited by Usher

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)
W dniu 10.05.2021 o 07:03, Usher napisał:

Jak widać, centralne ogrzewanie, klimatyzacja i globalne ocieplenie wpłynęły też na przesunięcie warunków pomiarów z 20 na 25 stopni (tę temperaturę po prostu łatwiej utrzymać).

No tak, jakoś mi umknęło że amerykańskie 25 stopni wzięło się z tego powodu, że oni muszą chłodzić do tego poziomu.
Dla mnie długo ideałem temperatury były utrzymywane całorocznie i całodobowo 24 stopnie.

Edited by peceed

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
      Węgiel, jeden z najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków we wszechświecie, jest podstawowym budulcem organizmów żywych. Cieszy się więc szczególnym zainteresowaniem naukowców. Wiemy, że struktura krystaliczne węgla ma wpływ na jego właściwości. Naukowcy obliczyli, że przy ciśnieniu przekraczającym 1000 GPa powinno dojść do zmiany struktury atomowej tego pierwiastka. Naukowcy z Oksfordu i LLNL poddali właśnie węgiel rekordowemu ciśnieniu 2000 GPa. To 5-krotnie więcej niż w jądrze Ziemi. Takie ciśnienie może panować we wnętrzach niektórych egzoplanet.
      Odkryliśmy, że – ku naszemu zaskoczeniu – w takich warunkach nie doszło do żadnej przewidywanej zmiany fazy w węglu. Zachował on swoją krystaliczną strukturę do najwyższego ciśnienia, jakiemu go poddaliśmy. Te same ultrasilne wiązania, które są odpowiedzialne za to, że przy ciśnieniu atmosferycznym diament bezterminowo zachowuje swoją strukturę, prawdopodobnie zapobiegają zmianie fazy przy ciśnieniu przekraczającym 1000 GPa, mówi główna autorka badań, fizyk Amy Jenei z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL).
      Eksperymenty były prowadzone w ramach programu Discovery Science, dzięki któremu zewnętrzne zespoły badawcze mają łatwy dostęp do jednego z flagowych ośrodków LLNL – National Ignition Facility (NIF).
      Profesor Justin Wark z University of Oxford, który odpowiadał za teoretyczną część badań stwierdził, że, prowadzony przez NIF projekt Discovery Science przynosi olbrzymie korzyści środowisku akademickiemu. Nie tylko daje nam możliwość przeprowadzenia eksperymentów, których nigdzie indziej przeprowadzić się nie da, ale – co bardzo ważne – daje studentom, którzy przecież w przyszłości będą naukowcami, szansę pracy w unikatowej jednostce badawczej.
      Podczas eksperymentów, w których udział brali też naukowcy z University of Rochester i University of York, wykorzystano wysokoenergetyczne źródło laserów w NIF do poddania stałej formy węgla ciśnieniu sięgającemu 2000 GPa. Strukturę próbki badano za pomocą rentgenografii strukturalnej. Jednocześnie niemal 2-krotnie pobito rekord ciśnienia, przy którym wykorzystano tę technikę.
      Badania wykazały, że nawet przy tak ekstremalnych ciśnieniach węgiel zachował swoją strukturę, co wskazuje na istnienie wysokoenergetycznych barier zapobiegających przejściu fazowemu. Wciąż otwarte pozostaje pytanie, czy we wnętrzach egzoplanet istnieje mechanizm pozwalający przezwyciężyć tę barierę i umożliwiający pojawienie się przewidywanych form węgla. Potrzebne są kolejne badania z wykorzystaniem alternatywnych metod kompresji lub innej formy węgla, wymagającej mniejszych energii do wywołania zmiany struktury.
      O wynikach badań poinformowano na łamach Nature.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      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
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Od dawna do obniżania ciśnienia wykorzystywane są zioła, takie jak lawenda czy rumianek. Ostatnio Kalifornijczykom udało się wskazać mechanizm molekularny, który odpowiada za ich hipotensyjne działanie.
      Badanie, którego wyniki ukazały się w Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), pokazuje, że wiele z roślin wykorzystywanych do obniżenia ciśnienia aktywuje specyficzny kanał potasowy (KCNQ5) w naczyniach krwionośnych.
      Ekspresja KCNQ5 i innych kanałów potasowych, w tym KCNQ1 i KCNQ4, zachodzi w mięśniówce gładkiej naczyń. Aktywowany KCNQ5 rozkurcza naczynia; to mechanizm, który przynajmniej po części odpowiada za hipotensyjny (obniżający ciśnienie) wpływ pewnych roślin.
      Odkryliśmy, że aktywacja KCNQ5 może być mechanizmem molekularnym, wspólnym dla zróżnicowanego zestawu roślinnych hipotensyjnych leków tradycyjnych. Analizowaliśmy m.in. lawendę wąskolistną (Lavandula angustifolia). Zauważyliśmy, że należy ona do najefektywniejszych aktywatorów kanału KCNQ5, podobnie jak wyciąg z nasion kopru włoskiego i ekstrakt z rumianku - opowiada prof. Geoff Abbott z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Pamięć pogarsza się z wiekiem, bo mózg przejmuje na siebie większe obciążenie związane z biciem serca. Z upływem czasu duże tętnice sztywnieją, co ostatecznie prowadzi do uszkodzenia naczyń kapilarnych w mózgu. Jak można się domyślić, nie służy to tkankom i sprawnemu przebiegowi procesów poznawczych.
      Proponujemy ciąg wydarzeń, który tłumaczy, w jaki sposób starzenie mózgu i naczyń są ze sobą powiązane - podkreśla prof. Lars Nyberg z Uniwersytetu w Umeå.
      Nyberg i Anders Wåhlin stworzyli model, który rozpoczyna się od bicia serca. Bazuje on na licznych badaniach z ostatnich 5 lat i wyjaśnia, czemu niektóre procesy poznawcze mogą być szczególnie zagrożone.
      Gdy ludzkie ciało się starzeje, duże tętnice, np. aorta, sztywnieją i tracą sporą część zdolności do absorbowania wzrostów ciśnienia generowanych w momencie wyrzutu krwi do tętnic. Pulsacyjne zmiany ciśnienia są więc przenoszone na mniejsze naczynia, między innymi w mózgu. Najdrobniejsze naczynia w mózgu, kapilary, są poddawane zwiększonemu stresowi powodującemu uszkodzenia komórek znajdujących w ścianach naczyń i w ich otoczeniu, a należy pamiętać, że są one ważne dla regulacji mikrokrążenia mózgowego. Jeśli najmniejsze naczynia są uszkodzone, ma to negatywny wpływ na zdolność zwiększania dostaw krwi do mózgu w sytuacji, kiedy mamy sobie poradzić z wymagającymi procesami poznawczymi.
      Wg Szwedów, szczególnie podatną strukturą jest hipokamp, czyli część mózgu odpowiedzialna m.in. z pamięć epizodyczną. Dzieje się tak, bo znajduje się on w pobliżu dużych naczyń i jest stosunkowo wcześnie wystawiany na wpływ zwiększonego obciążenia.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...