Nova generacija supravodiča, toliko potrebnih u mnogim industrijama visoke tehnologije, temeljit će se na spojevima paladija, izvješćuju istraživači. To je korisno za Rusiju - zemlja ima većinu svjetskih rezervi ovog rijetkog i skupog metala, kao i gotovo polovicu njegove proizvodnje obrazlaže Vladislav Strekopytov
Godine 1911. nizozemski fizičar Kamerling-Onnes otkrio je da električni otpor čvrste žive kada se ohladi u tekućem heliju na 4,1 Kelvina (minus 269 stupnjeva Celzijusa) naglo pada na nulu. Bio je to prvi službeno zabilježeni slučaj supravodljivosti.
Ubrzo je otkriveno još nekoliko supravodiča. Temperatura prijelaza (Tc) za sve je bila izrazito niska, blizu apsolutne nule.
Godine 1986. Karl Müller i Georg Bednorz, zaposlenici znanstvenog odjela korporacije IBM, otkrili su materijal s Tc od 30 Kelvina - lantan i barijev kuprat. Za to su dobili Nobelovu nagradu za fiziku.
CC BY SA 4.0 / PJRay / Vremenska crta otkrića supravodljivih spojeva od 1900. do 2015. godine. Kuprati su označeni plavim dijamantima.
Glavna utrka moderne fizike
U industriji se uređaji i žice hlade tekućim dušikom koji vrije na 77 Kelvina. Supervodiči s Tc iznad ove vrijednosti nazivaju se visokotemperaturni supravodiči (HTSC).
Devedesetih godina prošlog stoljeća dobiven je niz spojeva iz skupine kuprata s Tc 130-150 Kelvina. Najpoznatiji je BSCCO ili, kako ga fizičari zovu, "bisco", koji se sastoji od slojeva oksida bizmuta, stroncija, bakra i čistog kalcija.
Visokotemperaturni supravodiči već se koriste u sustavima prijenosa energije bez gubitaka, beskontaktnim brzim vlakovima, superjakim magnetima za akceleratore i termonuklearne reaktore, superučinkovitim mikročipovima, ultrapreciznim medicinskim dijagnostičkim uređajima, motorima za međuplanetarne letjelice. Iz BSCCO-a, primjerice, izrađuju se deseci kilometara žica u Velikom hadronskom sudaraču u CERN-u.
Za supravodičima sve viših temperatura započela je prava utrka. Supravodljivost na sobnoj temperaturi i uobičajenom pritisku mogla bi radikalno promijeniti tehnologije i energiju. Međutim, takav spoj još nije pronađen.
Kuprati, niklati
Kuprati su složeni spojevi na bazi bakrenih oksida koji u normalnim uvjetima praktički ne provode električnu struju, odnosno izolatori su.
Izdvojeni su u posebnu skupinu "čudnih metala", odnosno supravodljivih polumetala. Vjeruje se da se za opisivanje ponašanja elektrona u njima moraju primijeniti kvantni principi; neki istraživači kuprate čak vide kao posebno agregatno stanje.
Fizičari sa Sveučilišta Cornell i Instituta Flatiron u New Yorku 2020. godine, koristeći kvantno računalstvo, izgradili su digitalni model "čudnih metala", pokazujući da su kuprati križanac između klasičnih metala s pokretnim elektronima i dielektrika u kojima elektroni zauzimaju fiksne položaje.
Godine 1999. ruski znanstvenik Vladimir Anisimov i njegovi kolege sugerirali su da niklati, kompleksni spojevi temeljeni na nikal-oksidu, također mogu imati visokotemperaturnu supravodljivost. Doista, nekoliko HTSC-ova koji sadrže nikal naknadno je otkriveno .
Svojedobno se čak govorilo o ulasku u eru nikalnih supravodiča. Ali bilo je problema. Prvo, dobivanje niklata je izuzetno složen proces. Drugo, ovi spojevi, iako su po svojstvima bliži metalima, manje su stabilni od kuprata. To se objašnjava činjenicom da su energetska stanja elektrona nikla veća od stanja bakra, pa oni aktivnije ulaze u različite interakcije.
Era paladija
U optimalnim HTSC, elektroni bi trebali međusobno djelovati jače nego u kupratima, ali slabije nego u niklatima. Fizičari iz Japana i Austrije ukazali su na spojeve paladija nazvane paladati.
"Paladij je jednu liniju ispod nikla u periodičnom sustavu", rekao je u priopćenju za tisak glavni istraživač Carsten Held s Instituta za fiziku čvrstog stanja na Tehničkom sveučilištu u Beču. elektronička interakcija između njih je slabija".
Paladati imaju idealnu elektroničku konfiguraciju za visokotemperaturnu supravodljivost. Nakon što su izgradili model s varijablama kao što su snaga međudjelovanja elektrona, radni ciklus i disperzija energije pulsa, istraživači su odredili pojas supravodljivosti u paladatima i ocrtali dva spoja s najvišim Tc, oko 100 Kelvina: RbSr 2 PdO 3 i ( Ba 0,5 La 0,5 ) 2 PdO 2 Cl 2 .
Autori rada nadaju se da će njihovi kolege eksperimentatori sintetizirati te materijale i testirati njihova svojstva u laboratoriju.
"Rezultati proračuna su obećavajući", napominje profesor Held. "Ako se pojavi nova klasa supravodiča, to će unaprijediti sva istraživanja i omogućiti bolje razumijevanje supravodljivosti općenito."
Za Rusiju, koja ima najveće svjetske rezerve paladija, ovo je dobra vijest. Ležišta se nalaze u regiji Norilsk i na poluotoku Kola.
Glavna upotreba paladija je u katalitičkim pretvaračima motora s unutarnjim izgaranjem u automobilima. Ovaj se metal također koristi u elektronici, medicini, kemijskoj industriji, te u proizvodnji nakita. Zahvaljujući HTS-u koji se temelji na paladatu, potražnja za njim mogla bi naglo porasti.
"Ovo će zapravo formirati novu sferu potrošnje paladija u količini do 100 tona godišnje", napominje Leonid Khazanov, industrijski stručnjak, kandidat ekonomskih znanosti, "Rusija je sposobna zauzeti 20-30% svijeta. HTSC tržište."
Poteškoća je u tome što je paladij vrlo rijedak i skup. Cijena je dvije tisuće dolara po unci (oko 31 gram), a proizvodnja nije milijunska tona, poput bakra i nikla, već oko 250 tona godišnje.
https://ria-ru.
ความคิดเห็น