超导是什么?

一些导体比别人;关键是组织。好火车导体保持铁路上运行的时间,阿图罗托斯卡尼尼的保留了NBC交响乐团在时间——争论复杂元素到有序的系统。

良好的电导体显示一个类似和谐组织,但必须面对的阻力。事实上,阻力是区分常规导体浑身表亲。

认为自由电子在一个典型的导体是人们对火车铣终端。应用电流像贝尔宣布火车的到来:在瞬间,个人运动转变成一个统一的运动平台——或者,如果不是几个肇事者跌倒,推挤,犹豫在报摊或拒绝在自动扶梯让路。感谢他们提供的阻力,一些旅客错过了火车,当前失去能量。生活就是这样在导线端子。

现在,取代那些旅行者卧底快闪族。钟,他们的合作伙伴并执行一个同步,整个终端编排的舞蹈。没有人错过火车,到达那里时他们都不累。旅行的奇妙的超导体。

在我们研究这个粒子的步骤双人舞,然而,让我们退一步,评估如何抵抗这种说法混淆了平凡的材料。18新利最新登入我们会简单而增加了复杂性。

虽然也有例外,当我们说电流,我们通常意味着电子穿过介质流。18新利最新登入材料如何进行电与它的组成原子捐赠电子18新利最新登入的难易程度。绝缘体是吝啬的,而导体花他们像水手在岸上离开。

捐赠电子,现在被称为电子电导,不要单个原子轨道,而是整个导体的自由浮动,像我们的火车通勤者。电流,流过材料和传输电力。

导体由晶格的原子;电力流动,电子必须穿过这个晶格与尽可能少的干扰。像一堆网球扔通过攀登,几率是好的,一些电子将晶格。干扰的几率上升如果区域是大发雷霆。因此,很容易看出材料缺陷构成导体电阻的一个原因18新利最新登入。

在这个丛林健身房类比,原子是由金属杆的十字路口。实际上,导体的晶格不硬;它的原子振动,和它们连接的交互摆动,所以最好把它看作一个网格的弹簧。导致这些原子振动的原因是什么?温度越高,晶格振动,和我们的网球就越有可能遇到的干扰。记下第二阻力的主要来源,我们的老朋友,热量。

这就提出了一个问题:如果热量问题,答案可能不冷?只是寒冷第二:我们会在下一节中。

如果热量增加阻力,然后关闭恒温器应该减少它,对吧?嗯,确实,在一定范围内。在正常导体,电阻温度计的下降,但它永远不会消失。超导体工作有点不同。

作为一个超导体冷却,它类似曲线逐渐放弃抵抗,直到达到其特定的东西临界温度;然后,突然,所有的阻力消失了。就好像阻力与电导然后慢慢失去拔河,沮丧,放开绳子。实际上,这种物质经历相变。像冰融化成水,传统材料假设一个新的国家,一个零阻力。

要理解这是怎么回事,我们需要做一些修改原子攀登。具体地说,我们需要开始服用磁性考虑在内。

当原子在导体放弃电子,他们成为带正电荷的离子,导致净原子晶格之间的吸引力和带负电荷的电子穿过它。换句话说,如果振动和变形不够坏,我们将通过我们的网球振荡攀登是磁铁。你可能认为,这将增加他们的机会遇到阻力时通过我们摇摇晃晃的网格,和你是对的——正常导体。然而,超导体使用它自己的优势。18新利最新登入

一双网球扔照片通过网格,在一个炎热的尾巴。作为第一个球穿过带正电的格子,它吸引了周围的原子向它。通过聚束,这些原子创建一个本地的高正电荷,这增加了第二个电子拉力。因此,能量通过,平均,甚至断裂。

广场舞蹈演员一样,这些库伯对形式和经常分手,但整体效果会使本身的,使电子邮政通过超导体始终像闪电。

库伯对命名为物理学家莱昂N。Coop,约翰Bardeen和约翰·罗伯特年代chrieffer,先进的第一个成功的模式解释传统超导体的超导性。他们的成就,被称为BCS理论在他们的荣誉,1972年获得它们诺贝尔奖在物理。

超导拒绝保持长时间固定下来,然而;18新利最新登入BCS理论实现牵引后不久,研究人员开始发现其他超导体,如高温超导氧化铜,打破了BCS模型。

在这下一节,我们将看看集这些奇异的超导体除了休息。

取决于你怎样切蛋糕,有许多18新利最新登入种超导体或只有两个。从他们的角度表现在磁场中,然而,科学家通常将他们18新利最新登入分为两组。

一个I型超导体通常是由一个纯金属。当冷却低于其临界温度,这样的材料展览零电阻率和显示完美抗磁性,这意味着磁场无法穿透它虽然在超导状态。

II型超导体通常是合金,抗磁性是更复杂的。要理解为什么,我们需要看看超导体如何应对18新利最新登入磁性。

就像每一个超导体的临界温度使或打破它的超导状态,每个也接受临界磁场。一种我超导体的超导状态进入和离开这样一个阈值,两次但II型材料变化状态,在两个不同的磁场阈值。

I型和II型材料之间的区别就像之间的区别干冰固体二氧化碳和水冰。固体酷,但他们处理热不同:水冰融化成一个混合态,冰水,而干冰升华物:在正常压力,它直接从固体到气体转换。

关于磁性,I型超导就像干冰:当暴露在它的临界磁场,其超导立即烧掉。II型更多功能。

而在弱场,II型材料展览行为类似于I型,就像H₂O和有限公司₂酷有效地在固体状态。提高磁场超过一定阈值,然而,材料整理成一个混合态——一个18新利最新登入漩涡状态小漩涡的超导电流在正常物质的岛屿。喜欢冰水,它还是它的工作很好。如果磁场强度的增加,然而,这些岛屿的常态共同成长,从而破坏周围的漩涡的超导性18新利最新登入。

磁性这种混合状态是什么意思?我们讨论发生了什么当超导体变得温暖。现在,让我们从另一个方向看。

在正常的,温暖的,I型和II型材料允许磁场流过,但随着他们酷对临界温度,他们越来越多地驱逐这些字段;电子材料建立了涡流,产生一个反向场,这种现象被称为迈斯纳效应。

当他们达到临界温度时,I型超导体驱逐任何剩余磁场像许多赖账的室友。根据磁场的强度,他们存在,II型字段可能会做同样的事情,或者他们可能会有点粘人。如果他们在一个漩涡状态磁场,还流过正常材料在超导流的岛屿可以卡住,这种现象被称为通量锁住(见边栏)磁通是一个测量的磁场通过给定的表面。

因为他们可以保持超导体在这个强大的磁场,II型niobium-titanium等材料(NbTi)做出好的候选人中超导磁体的类型,说,费米实验室的质子加速器或核磁共振成像机器。

超导体的工业和科学应用特殊的温度条件的限制他们需要工作电磁魔力,因此对材料进行分类根据其临界温度和压力的要求。

数以百计的物质,包括27个金属元素,如铝、铅、汞、锡——成为超导体在较低的温度和压力。另一个11化学元素,包括硒、硅和铀,过渡到一个超导状态在低温和高压力[来源:百科全书]。

直到1986年,当IBM人员卡尔·亚历山大·马尔和约翰Georg Bednorz开创的时代高温超导体barium-lanthanum-copper氧化物,实现零阻力位在35 K(397年- 238 C - F),最高临界温度通过超导体测量23 K (- 250 C - 418 F)。低温超导体需要液氦冷却,这很难生产和倾向于打破预算[来源:Haldar和Abetti]。高温超导体的温度范围在130 K(226年- 143 C - F),这意味着他们廉价的可以使用液态氮冷却由空气[来源:梅塔]。

虽然物理学家理解机制管理低温超导体,它遵循BCS模型,高温超导体保持神秘的[来源:欧洲核子研究中心]。圣杯是实现材料零电阻在室温下,但到目前为止,梦想仍然是难以捉摸的。也许,也许不能完成或与其他科学革命一样,它就在地平线,等待必要的技术或理论创新梦想成为现实。

同时,强大的优势,超导体提供建议一系列广泛的现在和未来应用领域的电力、交通、医学影像和诊断,核磁共振(NMR)、工业加工、高能物理、无线通讯、仪器仪表、传感器、雷达、高端计算甚至低温[来源:cca]。

除了磁悬浮,核磁共振成像超导体和粒子加速器应用我们前面提到的,目前商业上用于核磁共振光谱学、生物技术的一个关键工具,基因组学、药物研究和材料科学工作。行业也应用在磁分离过程高岭土,一个共同的填料在纸里,陶瓷产品。

至于未来,如果研究人员和制造商可以克服超导体的成本的局限性、制冷、可靠性和验收,天空的极限。一些人认为绿色技术,如风车,下一步更广泛的接受和应用的技术,但更大的可能性。

谁知道呢?也许未来的读者会阅读这篇文章在电脑上配备near-light-speed处理器,连接到一个网格的聚变反应堆——所有由于超导。