Ein neuer Zustand der Materie wird entdeckt oder was ist das Geheimnis von seltsamen Metallen
Wissenschaftler haben seit relativ langer Zeit herausgefunden, dass ziemlich komplexe Kombinationen von Kupfer-Cupraten ein anderes Verhalten zeigen als klassische Metalle. Und nach den Ergebnissen neuerer Studien haben Wissenschaftler in ihnen einen völlig neuen Materiezustand entdeckt.
Die Verwendung dieser Materialien zeigt breite Perspektiven bei der Bildung von Hochtemperatursupraleitern, die von der modernen Energietechnik und der gesamten Industrie insgesamt benötigt werden. Mal sehen, was die Besonderheit dieser "seltsamen Materialien" ist.
Die ersten Entdeckungen von Hochtemperaturleitern
Bereits 1911 Die Entdeckung der Supraleitung wurde in Holland gemacht. Es wurde festgestellt, dass bei einer Temperatur von nur drei Kelvin der Quecksilberwiderstand auf Null abfällt (Elektrizität wird verlustfrei übertragen).
Ferner wurde dieser Effekt bei anderen Materialien beobachtet, aber immer blieb die Temperatur, bei der die Supraleitung beobachtet wurde, extrem niedrig.
Die Änderungen kamen erst 1986. Zu diesem Zeitpunkt entwickelten die IBM Ingenieure den ersten Hochtemperatursupraleiter - Cupratlanthan und Barium. Dafür K. Müller und G. Bednorz erhielt den Nobelpreis.
Supraleiter mit einer Mindesttemperatur von 77 Kelvin (aber nicht niedriger) werden als Hochtemperatur bezeichnet. Dies ist die Temperatur, bei der flüssiger Stickstoff kocht.
Derzeit ist der bekannteste Hochtemperatursupraleiter BSCCO (Bisco-Sandwich), bestehend aus Schichten aus Wismutoxid, Strontium, Kupfer und reinem Calcium.
Dank dieser Materialien wurden spezielle Geräte und Produkte in den Bereichen Elektrotechnik, Verkehr und Energie entwickelt.
Was ist das Geheimnis der seltsamen Metalle
Trotz der Tatsache, dass Cuprate bereits voll genutzt werden, werden im Large Hadron Collider Hunderte Meter Drähte daraus hergestellt. Wissenschaftler verstehen die Physik der Hochtemperaturleitfähigkeit bis heute nicht vollständig.
Die BCS-Theorie (benannt nach ihren Schöpfern D. Bardin, L. Cooper und
D. D. Schrieffer) beschreibt die Supraleitung über 30 Kelvin perfekt. Aber nur mit steigender Temperatur, wenn der Effekt der Supraleitung verschwindet, beginnen sich Cuprate nicht wie gewöhnliche Materialien zu verhalten.
Der elektrische Widerstand von Cupraten nimmt linear und nicht proportional zum Quadrat der Temperaturdifferenz ab. Dies widerspricht der Fermi-Flüssigkeitstheorie, die 1956 von Lev Landau formuliert wurde.
Bei extrem niedrigen Temperaturen zeigen Elektronen das Verhalten eines Elektronengases, und die angetroffene Wechselwirkung wird durch die Gleichungen der Quantenmechanik beschrieben.
Darüber hinaus funktioniert die Fermi-Flüssigkeitstheorie für die überwiegende Mehrheit der Metalle mit Ausnahme der berüchtigten Cuprate. Deshalb haben Physiker sie in einen speziellen Bereich "seltsamer Metalle" eingeordnet.
In solchen "Untermetallen" bewegen sich Elektronen extrem schwach und über kurze Strecken. In diesem Fall tritt eine intensive Energiedissipation auf.
Daher befinden sich "seltsame Metalle" genau in der Mitte zwischen den üblichen Metallen und Isolatoren.
Zahlreiche Studien haben eine große Anzahl von "Submetallen" ergeben, jedoch ohne Eigenschaften der Supraleitung. Dies verwirrte die Cuprat-Situation weiter.
Supraleitung von Cupraten und Magnetfeld
Und ein Experiment, das von einer internationalen wissenschaftlichen Gruppe aus den USA, Deutschland und Kolumbien durchgeführt wurde, zeigte, dass die Wirkung eines starken Magnetfeldes von 60-70 Tesla (dies ist enorm) Wert, bei dem Supraleiter ihre Leitfähigkeit verlieren) ändert den Widerstand von Cupraten linear und nicht nach dem quadratischen Gesetz, wie im Fall von "normal" Metalle.
Mit anderen Worten, Cuprate weisen die Eigenschaften von Metallen auf, jedoch mit großer Zurückhaltung.
Neuer Zustand der Materie
Mit der Anhäufung von experimentellen Daten zu Cupraten zeigt dies, dass dies nichts anderes ist, als eine absolut einzigartige Form der Materie, die durch die Realitäten der Quantenverschränkung im Makroskop bestimmt wird die Welt.
Und einer Ingenieurgruppe vom Flatiron Institute in New York gelang es, ein digitales Modell "seltsamer Metalle" zu erstellen, das die Annahme bestätigte, dass dies nichts anderes als ein neuer Zustand der Materie ist. Die sogenannte Zwischenform zwischen unedlen leitenden Metallen und Isoliermaterialien.
Es bleibt also, einen Namen für den neuen Stand der Materie zu finden und die Forschung fortzusetzen.
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