/Поглед.инфо/ Ново поколение свръхпроводници, толкова необходими в много високотехнологични индустрии, ще се основава на паладиеви съединения, съобщават изследователите. Това е изгодно за Русия - страната притежава повечето от световните запаси от този рядък и скъп метал, както и почти половината от производството му.
Нулево съпротивление
През 1911 г. холандският физик Камерлинг-Онес открива, че електрическото съпротивление на твърдия живак, когато се охлади в течен хелий до 4,1 Келвина (минус 269 градуса по Целзий), рязко пада до нула. Това беше първият официално регистриран случай на свръхпроводимост.
Скоро са открити още няколко свръхпроводника. Температурата на преход (Tc) е изключително ниска за всички тях, близо до абсолютната нула.
През 1986 г. Карл Мюлер и Георг Беднорц, служители на научното подразделение на корпорация АйБиЕм, откриват материал с Tc от 30 Келвина - лантан и бариев купрат. За това им беше дадена Нобелова награда по физика.
Основната надпревара на съвременната физика
В промишлеността устройствата и проводниците се охлаждат с течен азот, който кипи при 77 Келвина. Свръхпроводниците с Tc над тази стойност се наричат високотемпературни свръхпроводници.
През 90-те години са получени редица съединения от купратната група с Tc 130-150 Келвина. Най-известният е БСЦЦО, или, както го наричат физиците, "Биско", състоящ се от слоеве от оксиди на бисмут, стронций, мед и чист калций.
Високотемпературните свръхпроводници вече се използват в системи за пренос на енергия без загуби, безконтактни високоскоростни влакове, свръхсилни магнити за ускорители и термоядрени реактори, суперефективни микрочипове, свръхпрецизни медицински диагностични устройства, двигатели за междупланетни космически кораби. От БСЦЦО например се правят десетки километри проводници в Големия адронен колайдер в ЦЕРН.
Разви се истинска надпревара за свръхпроводници с все по-висока температура. Свръхпроводимостта при стайна температура и обикновено налягане може радикално да промени технологиите и енергията. Такова съединение обаче все още не е открито.
Купрати, никелати
Купратите са сложни съединения на базата на медни оксиди, които при нормални условия практически не провеждат електрически ток, т.е. те са изолатори.
Те бяха отделени в отделна група „странни метали“ или свръхпроводящи полуметали. Смята се, че трябва да се прилагат квантови принципи, за да се опише поведението на електроните в тях. Някои изследователи дори виждат купратите като специално състояние на материята.
Физиците от университета “Корнел” и института “Флатирон” в Ню Йорк през 2020 г., използвайки квантово изчисление, изградиха цифров модел на „странни метали“, показвайки, че купратите са кръстоска между класически метали с подвижни електрони и диелектрици, в които електроните заемат фиксирани позиции.
През 1999 г. руският учен Владимир Анисимов и колеги предположиха, че никелатите, сложни съединения на базата на никелов оксид, също могат да имат високотемпературна свръхпроводимост. Наистина впоследствие бяха открити няколко никел-съдържащи високотемпературни свръхпроводници.
По едно време дори се заговори за навлизане в ерата на никеловите свръхпроводници. Но имаше проблеми. Първо, получаването на никелати е изключително сложен процес. Второ, тези съединения, макар и по-близки по свойства до металите, са по-малко стабилни от купратите. Това се обяснява с факта, че енергийните състояния на електроните на никела са по-високи от тези на медта, така че те по-активно влизат в различни взаимодействия.
Ерата на паладия
В оптималните високотемпературни свръхпроводници електроните трябва да взаимодействат помежду си по-силно, отколкото в купратите, но по-слабо, отколкото в никелатите. Физици от Япония и Австрия посочиха паладиеви съединения, наречени паладати.
"Паладият е един ред под никела в периодичната таблица", каза водещият изследовател Карстен Хелд от Института по физика на твърдото тяло към Техническия университет във Виена, в съобщение за пресата. Според него при паладия електроните са по-далеч от аточното ядро и помежду си, затова средното електронното взаимодействие между тях е по-слабо.
По отношение на електронното взаимодействие паладатите заемат златната среда между купратите и никелатите.
Паладатите имат идеална електронна конфигурация за високотемпературна свръхпроводимост. Чрез изграждане на модел с променливи като сила на взаимодействие на електрони, работен цикъл и дисперсия на импулсната енергия, изследователите определиха лентата на свръхпроводимост в паладатите и начертаха две съединения с най-висок Tc, около 100 Келвина: RbSr2PdO3 и (Ba0.5La0. 5) 2PdO2Cl2.
Авторите на работата се надяват, че техните колеги експериментатори ще синтезират тези материали и ще тестват свойствата им в лабораторията.
"Резултатите от изчисленията са обещаващи, отбелязва професор Хелд. Ако се появи нов клас свръхпроводници, това ще даде напредък на всички изследвания и ще позволи по-добро разбиране на свръхпроводимостта като цяло.
За Русия, която има най-големите запаси от паладий в света, това е добра новина. Находищата се намират в района на Норилск и на полуостров Кола.
Основната употреба на паладия е в каталитичните конвертори на двигатели с вътрешно горене в автомобили. Този метал се използва и в електрониката, медицината, химическата промишленост и в производството на бижута. Благодарение на високотемпературни свръхпроводници, базирани на паладия, търсенето може да нарасне рязко.
„Това всъщност ще формира нова сфера на потребление на паладий с обем до 100 тона годишно, отбелязва индустриалният експерт, кандидат на икономическите науки Леонид Хазанов, Русия е в състояние да заеме 20-30% от световния пазар за високотемпературни свръхпроводници”, допълва той.
Трудността е, че паладият е много рядък и скъп. Цената е две хиляди долара за унция (около 31 грама) и производството не е милиони тонове, като медта и никела, а 250 на година.
Абонирайте се за нашия Ютуб канал: https://www.youtube.com
и за канала ни в Телеграм: https://t.me/pogled
Влизайте директно в сайта https://www.pogled.info . Споделяйте в профилите си, с приятели, в групите и в страниците. По този начин ще преодолеем ограниченията, а хората ще могат да достигнат до алтернативната гледна точка за събитията!?