Οι επιστήμονες ερευνούν υπεραγωγούς για πάνω από έναν αιώνα, αλλά δεν έχουν βρει ακόμη κάποιον που να λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου – 3 βασικές αναγνώσεις

By | December 5, 2023

Αν δεν είχατε ακούσει για υπεραγωγούς πριν από το 2023, πιθανότατα γνωρίζετε τι είναι τώρα. Οι ερευνητές σήκωσαν τα φρύδια νωρίτερα φέτος με τους ισχυρισμούς ότι οι υπεραγωγοί λειτουργούν σε θερμοκρασία δωματίου, αν και τίποτα δεν αποδείχθηκε, και μια εργασία ερευνητών στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ ανακλήθηκε από το περιοδικό Nature κατόπιν αιτήματος των συγγραφέων τον Νοέμβριο.

Αλλά η αναζήτηση ενός υπεραγωγού –δηλαδή ενός υλικού που μπορεί να μεταφέρει ηλεκτρισμό χωρίς αντίσταση– που να μπορεί να λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου δεν είναι κάτι καινούργιο.

Προς το παρόν, οι υπεραγωγοί μπορούν να λειτουργήσουν μόνο σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Έτσι, η εύρεση ενός που θα μπορούσε να λειτουργήσει σε θερμοκρασία δωματίου χωρίς να χρειάζεται να φυλάσσεται σε κρύο δωμάτιο θα μπορούσε να φέρει επανάσταση από τα ηλεκτρικά δίκτυα και τον ιατρικό εξοπλισμό μέχρι τους κβαντικούς υπολογιστές. Αλλά οι φυσικοί πρέπει πρώτα να καταλάβουν πώς να τα κάνουν να λειτουργήσουν.

Ένας Ολλανδός φυσικός ανακάλυψε το φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας στις αρχές του 20ου αιώνα και από τότε, εργαστήρια σε όλο τον κόσμο έχουν δοκιμάσει υλικά που μπορούν να φτάσουν σε κατάσταση υπεραγωγιμότητας σε όλο και υψηλότερες θερμοκρασίες.

Πώς μπορούν λοιπόν αυτά τα υλικά να μεταφέρουν ηλεκτρισμό χωρίς αντίσταση και τι είδους τεχνολογικές δυνατότητες υπάρχουν στον ορίζοντα, με την έρευνα υπεραγωγών να βελτιώνεται κάθε χρόνο; Ακολουθούν τρεις ιστορίες από το αρχείο του The Conversation που εξερευνούν την ιστορία, την επιστήμη και το μέλλον αυτού του απίστευτου φυσικού φαινομένου.

1. Φυσική πίσω από το φαινόμενο

Πώς είναι δυνατόν να δημιουργηθεί ένα ρεύμα με μηδενική ηλεκτρική αντίσταση, τη βάση της υπεραγωγιμότητας; Για να γίνει αυτό, πρέπει να διατηρήσετε το αγώγιμο μέταλλο δροσερό. Πολύ κρύο. Όπως, εκατοντάδες βαθμούς κάτω από το μηδέν.

«Σε κανονικές θερμοκρασίες, τα ηλεκτρόνια κινούνται σε κάπως ασταθείς διαδρομές. Συνήθως μπορούν να κινούνται ελεύθερα μέσα από ένα σύρμα, αλλά από καιρό σε καιρό συγκρούονται με τους πυρήνες του υλικού», έγραψε ο Mishkat Bhattacharya, φυσικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Ρότσεστερ. «Αυτές οι συγκρούσεις είναι που εμποδίζουν τη ροή των ηλεκτρονίων, προκαλούν αντίσταση και θερμαίνουν το υλικό».

Κανονικά, οι πυρήνες όλων των ατόμων δονούνται συνεχώς και μπορούν να συγκρουστούν μεταξύ τους. Στα υπεραγώγιμα υλικά, τα ηλεκτρόνια του ρεύματος περνούν από άτομο σε άτομο ενώ δονούνται με την ίδια συχνότητα με τους πυρήνες των υπεραγώγιμων ατόμων μετάλλου. Αυτό σημαίνει ότι αντί να συγκρούονται και να παράγουν θερμότητα, κινούνται με ομαλό, συντονισμένο τρόπο. Και είναι οι χαμηλές θερμοκρασίες που επιτρέπουν αυτή τη συντονισμένη κίνηση.


Διαβάστε περισσότερα: Πώς λειτουργούν οι υπεραγωγοί; Ένας φυσικός εξηγεί τι σημαίνει να έχεις ηλεκτρισμό χωρίς αντίσταση


2. Ένας αιώνας υπεραγωγιμότητας

Ο υδράργυρος ήταν το πρώτο υλικό που ανακαλύφθηκε ως υπεραγωγός, από τη Heike Kamerlingh Onnes το 1911. Η ομάδα της έπρεπε να ψύξει υγρό ήλιο στους -270 βαθμούς Κελσίου (-454 βαθμούς Φαρενάιτ) για να παρατηρήσει το φαινόμενο. Χρησιμοποίησαν καλώδια από υδράργυρο για να στείλουν ρεύμα μέσω του υλικού και στη συνέχεια μέτρησαν την επίδραση της ηλεκτρικής αντίστασης ως «σχεδόν μηδέν».

Ο Onnes και η ομάδα του επανέλαβαν το πείραμα αρκετές φορές για να βεβαιωθούν ότι το φαινόμενο που παρατήρησαν ήταν, στην πραγματικότητα, υπεραγωγιμότητα, και επίσης επεξεργάστηκαν όλες τις άλλες πιθανές εξηγήσεις για το φαινόμενο – ηλεκτρικές δυσλειτουργίες, ανοιχτά ρεύματα κ.λπ. Αλλά συνέχισαν να βρίσκουν το ίδιο αποτέλεσμα και μετά από τρία χρόνια δοκιμών, ο Onnes μπόρεσε να δείξει ρεύματα με πραγματικά μηδενική αντίσταση.

«Η υπεραγωγιμότητα ήταν πάντα δύσκολο να αποδειχθεί επειδή ορισμένα μέταλλα μπορούν να μεταμφιεστούν ως υπεραγωγοί», έγραψε ο David D. Nolte, συγγραφέας ιστορίας της επιστήμης και φυσικός Purdue. «Τα μαθήματα που πήρε ο Onnes πριν από έναν αιώνα – ότι αυτές οι ανακαλύψεις απαιτούν χρόνο, υπομονή και, το πιο σημαντικό, απόδειξη των ρευμάτων που δεν σταματούν ποτέ – εξακολουθούν να είναι επίκαιρα σήμερα».


Διαβάστε περισσότερα: Η υπεραγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου παραμένει άπιαστη έναν αιώνα αφότου το Νόμπελ πήγε στον επιστήμονα που το έδειξε κάτω από -450 βαθμούς Φαρενάιτ


3. Ένα υπεραγώγιμο μέλλον

Μία από τις πιο σημαντικές εφαρμογές ενός μελλοντικού υπεραγωγού θερμοκρασίας δωματίου θα ήταν η μείωση της σπατάλης θερμότητας στα ηλεκτρονικά. Όχι μόνο τα ηλεκτρονικά, όπως τα κινητά τηλέφωνα και οι υπολογιστές, θα μπορούσαν να λειτουργήσουν πολύ πιο γρήγορα και πιο αποτελεσματικά, αλλά σε μεγαλύτερη κλίμακα, τα ηλεκτρικά δίκτυα, τα καλώδια ρεύματος και τα κέντρα δεδομένων θα μπορούσαν να μειώσουν τη σπατάλη θερμότητας. Αυτό θα μπορούσε να είναι μια τεράστια νίκη για το περιβάλλον.

«Εάν μπορούμε να φτιάξουμε έναν υπεραγωγό σε θερμοκρασία δωματίου, θα μπορούσαμε να λύσουμε τα δισεκατομμύρια δολάρια σε σπατάλη θερμότητας που κοστίζει η μεταφορά ενέργειας από τα εργοστάσια παραγωγής ενέργειας στις πόλεις», έγραψε ο Pegor Aynajian, φυσικός στο Πανεπιστήμιο Binghamton, State University of New York. York. «Η ηλιακή ενέργεια που συλλέγεται από τεράστιες κενές ερήμους σε όλο τον κόσμο θα μπορούσε να αποθηκευτεί και να μεταδοθεί χωρίς καμία απώλεια ενέργειας, κάτι που θα μπορούσε να τροφοδοτήσει τις πόλεις και να μειώσει δραστικά τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου».

Ένας τύπος υπεραγωγού που κατασκευάζεται από υλικό παρόμοιο με κεραμικό που ανακαλύφθηκε από επιστήμονες της IBM στην Ελβετία θα μπορούσε να είναι μια διαδρομή προς έναν υπεραγωγό θερμοκρασίας δωματίου. Αυτή η κατηγορία υλικών έχει ήδη αποδειχθεί ότι λειτουργεί σε υψηλότερες -αν και ακόμα κρύες- θερμοκρασίες πιο κοντά στους -300 F (-184 C) από τους συμβατικούς υπεραγωγούς όπως τα αρχικά σύρματα υδραργύρου του Onnes.

Αλλά ενώ ένας υπεραγωγός σε θερμοκρασία δωματίου θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στα ηλεκτρονικά και τη μετάδοση ισχύος, το σωστό υλικό παραμένει άπιαστο. Όπως λέει ο Aynajian, ένας υπεραγωγός σε θερμοκρασία δωματίου είναι κυριολεκτικά «η επόμενη ερώτηση εκατομμυρίων δολαρίων».


Διαβάστε περισσότερα: Οι φυσικοί αναζητούν υπεραγωγούς σε θερμοκρασία δωματίου που θα μπορούσαν να φέρουν επανάσταση στο παγκόσμιο ενεργειακό σύστημα


Αυτή η ιστορία είναι μια περίληψη άρθρων από τα αρχεία του The Conversation.

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύεται από το The Conversation, έναν ανεξάρτητο, μη κερδοσκοπικό οργανισμό ειδήσεων που φέρνει γεγονότα και αναλύσεις για να σας βοηθήσει να κατανοήσετε τον περίπλοκο κόσμο μας.

Το έγραψε: Mary Magnuson, Η συζήτηση.

Δείτε περισσότερες πληροφορίες:

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *