En ny tilstand av materie blir oppdaget, eller hva er mysteriet med rare metaller

Forskere har allerede funnet ut for relativt lenge siden at ganske kompliserte kombinasjoner av kobber - kobber, viser atferd som er forskjellig fra klassiske metaller. Og ifølge resultatene av nyere studier har forskere oppdaget en helt ny tilstand av materie i dem.

Bruken av disse materialene viser store muligheter for dannelsen av høytemperatur superledere, som er så nødvendige av moderne kraftteknikk og hele industrien som helhet. La oss se hva egenskapen til disse "rare materialene" er.

De første funnene av ledere med høy temperatur

Allerede tilbake i 1911 oppdagelsen av superledningsevne ble gjort i Holland. Det ble funnet at ved en temperatur på bare tre Kelvin faller kvikksølvmotstanden til null (elektrisitet overføres uten tap).

Videre ble denne effekten observert i andre materialer, men alltid forble temperaturen ved hvilken superledningsevne ble observert ekstremt lav.

Endringene kom først i 1986. Det var da IBM-ingeniører skapte den første superleder med høy temperatur - cupratlanthane og barium. For denne K. Müller og G. Bednorts mottok Nobelprisen.

Superledere med en minimumstemperatur på 77 Kelvin (men ikke lavere) kalles høy temperatur. Dette er temperaturen der flytende nitrogen koker.

For tiden er den mest kjente høytemperatur superlederen BSCCO (bisco sandwich), bestående av lag av vismutoksid, strontium, kobber og rent kalsium.

Takket være disse materialene ble spesielle enheter og produkter opprettet innen elektroteknikk, transport og energi.

Hva er mysteriet med rare metaller

Til tross for at kuprater allerede er i full bruk, blir det laget hundrevis av meter med ledninger i Large Hadron Collider. Forskere frem til i dag forstår ikke helt fysikken i ledningsevne ved høy temperatur.

BCS-teorien (oppkalt etter skaperne D. Bardin, L. Cooper og
D. Schrieffer) beskriver perfekt superledningsevne over 30 Kelvin. Men bare med en økning i temperaturen, når effekten av superledningsevne forsvinner, begynner kobberene å oppføre seg ikke som vanlige materialer.

Den elektriske motstanden til kobberene synker lineært og ikke i forhold til kvadratet av temperaturforskjellen. Dette strider mot Fermi-væske teorien, som ble formulert av Lev Landau i 1956.

Ved ekstremt lave temperaturer utviser elektroner oppførselen til en elektrongass, og den interaksjonen man opplever er beskrevet av ligningene til kvantemekanikken.

I dette tilfellet fungerer Fermi-væsketeorien for de aller fleste metaller, bortsett fra de beryktede kobberne. Derfor har fysikere plassert dem i en spesiell seksjon av "rare metaller".

I slike "undermetaller" beveger elektronene seg ekstremt svakt og over korte avstander. I dette tilfellet oppstår en intens spredning av energi.

Derfor er "rare metaller" plassert nøyaktig i midten mellom de vanlige metaller og isolatorer.

Tallrike studier har avdekket et stort antall "submetaller", men uten superledningsegenskaper. Dette forvirret ytterligere situasjonen.

Superledningsevne av kobber og magnetfelt

Et eksperiment utført av en internasjonal vitenskapelig gruppe fra USA, Tyskland og Colombia viste at effekten av et sterkt magnetfelt på 60-70 Tesla (dette er en enorm verdi, hvor superledere mister sine ledende egenskaper) endrer motstanden til kobberene lineært, og ikke i henhold til den kvadratiske loven, som i tilfelle "normal" metaller.

Med andre ord utviser cuprater egenskapene til metaller, men med stor motvilje.

Ny tilstand av materie

Med akkumulering av eksperimentelle data om kobber, indikerer det at dette ikke er noe annet, som en helt unik form for materie, bestemt av realiteten til kvanteforvikling i det makroskopiske verden.

Og en ingeniørgruppe fra Flatiron Institute i New York klarte å lage en digital modell av "rare metaller", som bekreftet antagelsen om at dette ikke er noe annet enn en ny tilstand. Den såkalte mellomformen mellom vanlige ledende metaller og isolasjonsmaterialer.

Så det gjenstår å komme med et navn på den nye tilstanden og fortsette å forske.

Likte du materialet? Vi liker, abonnerer og kommenterer. Takk for at du leser til slutt.