Se descoperă o nouă stare a materiei sau care este misterul metalelor ciudate

Oamenii de știință au descoperit pentru o perioadă relativ lungă de timp că combinații destul de complexe de cupru - cuprate, prezintă un comportament diferit de metalele clasice. Și conform rezultatelor studiilor recente, oamenii de știință au descoperit o stare complet nouă a materiei în ele.

Utilizarea acestor materiale demonstrează perspective largi în formarea supraconductoarelor la temperatură înaltă, care sunt atât de necesare de către tehnologia modernă a energiei și de întreaga industrie în ansamblu. Să vedem ce este atât de special la aceste „materiale ciudate”.

Primele descoperiri ale conductoarelor la temperaturi ridicate

Deja în 1911 descoperirea supraconductivității s-a făcut în Olanda. S-a constatat că la o temperatură de doar trei Kelvin, rezistența mercurului scade la zero (electricitatea se transmite fără nici o pierdere).

Mai mult, acest efect a fost observat în alte materiale, dar întotdeauna temperatura la care a fost observată supraconductivitatea a rămas extrem de scăzută.

Schimbările au venit abia în 1986. Atunci inginerii IBM au creat primul superconductor la temperatură înaltă - cupratlantan și bariu. Pentru aceasta K. Müller și G. Bednorz a primit Premiul Nobel.

Superconductorii cu o temperatură minimă de 77 Kelvin (dar nu mai mică) se numesc temperaturi ridicate. Aceasta este temperatura la care fierbe azotul lichid.

În prezent, cel mai faimos supraconductor la temperaturi ridicate este BSCCO (sandwich sandwich), format din straturi de oxid de bismut, stronțiu, cupru și calciu pur.

Datorită acestor materiale, au fost create dispozitive și produse speciale în domeniul electrotehnicii, transportului și energiei.

Care este misterul metalelor ciudate

În ciuda faptului că cupratele sunt deja pe deplin utilizate, sute de metri de fire sunt fabricate din ele în Large Hadron Collider. Oamenii de știință până în prezent nu înțeleg pe deplin fizica conductivității la temperaturi ridicate.

Teoria BCS (numită după creatorii săi D. Bardin, L. Cooper și
D. Schrieffer) descrie perfect superconductivitatea peste 30 Kelvin. Dar numai cu o creștere a temperaturii, când dispare efectul supraconductivității, atunci cupratele încep să se comporte nu ca materiale obișnuite.

Rezistența electrică a cupratului scade liniar și nu proporțional cu pătratul diferenței de temperatură. Acest lucru contrazice teoria lichidului Fermi, care a fost formulată de Lev Landau în 1956.

La temperaturi extrem de scăzute, electronii prezintă comportamentul unui gaz de electroni, iar interacțiunea întâlnită este descrisă prin ecuațiile mecanicii cuantice.

Mai mult decât atât, teoria lichidului Fermi funcționează pentru majoritatea covârșitoare a metalelor, cu excepția cupratelor notorii. De aceea fizicienii i-au plasat într-o secțiune specială de „metale ciudate”.

În astfel de „submetale” electronii se mișcă extrem de slab și pe distanțe scurte. În acest caz, are loc o intensă disipare a energiei.

Prin urmare, „metalele ciudate” sunt situate exact la mijloc între metalele obișnuite și izolatoare.

Numeroase studii au relevat un număr mare de „submetale”, dar fără nicio proprietate de superconductivitate. Acest lucru a încurcat și mai mult situația cupratului.

Superconductivitatea cupratilor și câmpului magnetic

Un experiment efectuat de un grup științific internațional din SUA, Germania și Columbia a arătat că efectul unui câmp magnetic puternic de 60-70 Tesla (acesta este un imens valoarea, la care supraconductorii își pierd proprietățile conductoare) modifică rezistența cupratelor liniar și nu conform legii pătratice, ca în cazul „normal” metale.

Cu alte cuvinte, cupratele prezintă proprietățile metalelor, dar cu mare reticență.

Stare nouă a materiei

Odată cu acumularea de date experimentale privind cupratele, aceasta indică faptul că nu este altceva, ca o formă absolut unică de materie, determinată de realitățile încâlcirii cuantice în macroscopic lumea.

Și un grup de ingineri de la Flatiron Institute din New York a reușit să creeze un model digital de „metale ciudate”, care a confirmat presupunerea că aceasta nu este altceva decât o nouă stare a materiei. Așa-numita formă intermediară între metalele conductive obișnuite și materialele izolante.

Așadar, rămâne să venim cu un nume pentru noua stare a materiei și să continuăm cercetările.

Ți-a plăcut materialul? Ne place, se abonează și comentează. Mulțumesc că ai citit până la capăt.