Παρασκευή, 8 Ιανουαρίου 2010

Ήρθε επιτέλους η ώρα για την εξήγηση των υπεραγωγών υψηλών θερμοκρασιών?



Καταρχάς ας πούμε λίγα λόγια για το τι είναι ένας υπεραγωγός. Υπεραγωγοί μπορούν να γίνουν κάποια υλικά αν τα ψύξουμε σε μια θερμοκρασία Τc ή χαμηλότερη. Η θερμοκρασία Τc είναι η οριακή θερμοκρασία για το υλικό μας όπου από αυτήν και κάτω συμπεριφέρεται ως υπεραγωγός. Αυτό που κάνει δηλαδή είναι να επιτρέπει την ροή του ρεύματος έχοντας μηδενική αντίσταση. Όλοι οι αγωγοί έχουν κάποια αντίσταση. Ωστόσο οι υπεραγωγοί έχουν πραγματικά μηδενική αντίσταση και όχι προσεγγιστικά μηδέν!
Το θέμα είναι πώς μπορούν να γίνουν κάποια υλικά υπεραγωγοί, επιτρέποντας τη ροή του ρεύματος μέσω αυτών με μηδενική αντίσταση? Η απάντηση σε αυτό το μυστήριο μπορεί να βρίσκεται στις τηλεοράσεις LCD…



Βεβαίως, η υπόθεση των υπεραγωγών δεν είναι ούτε κάτι καινούριο στην φυσική και την τεχνολογία ούτε κάτι που δεν έχει εξηγηθεί. Ωστόσο η θεωρία που εξηγεί το φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας σταματάει πολύ κοντά στην θερμοκρασία του απόλυτου μηδενός ή αλλιώς των -273,15 βαθμών Κελσίου περίπου. Την δεκαετία του 1980 βρέθηκαν υλικά βασισμένα σε οξείδια του χαλκού, τα οποία ήταν υπεραγωγοί κοντά στους -243 ° C. Ήταν ακόμα μια πολύ χαμηλή θερμοκρασία αλλά άφηνε ελπίδες ότι κάποια μέρα ίσως μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε υπεραγωγούς σε θερμοκρασία δωματίου. Γιατί σε θερμοκρασία δωματίου? Διότι κάτι τέτοιο θα είχε πάρα πολλές πρακτικές εφαρμογές. Θα αναφέρω στην συνέχεια μερικές.

Έχουν περάσει 2 δεκαετίες και εξακολουθούν να μην υπάρχουν υπεραγωγοί σε θερμοκρασία δωματίου και να μην έχει εξηγηθεί ακόμα πώς λειτουργούν οι υπεραγωγοί υψηλής θερμοκρασίας. Επιπλέον, η ανακάλυψη το 2008 ενός υπεραγωγού υψηλής θερμοκρασίας που περιέχει σίδηρο, μπερδεύει τα πράγματα ακόμα περισσότερο.

Μια νέα τεχνική μικροσκοπίας έρχεται σήμερα να μας δώσει μια πιθανή απάντηση. Ονομάζεται “spectroscopic imaging scanning tunneling microscopy” και μπορεί να δει τις ηλεκτρονιακές καταστάσεις ενός υλικού περνώντας ένα ηλεκτρόδιο ατομικής κλίμακας από την επιφάνεια του υλικού και μετρώντας την μεταβολή της πιθανότητας ένα ηλεκτρόνιο καθορισμένης ενέργειας να μετακινηθεί από το ηλεκτρόδιο στο υλικό.

Ο Seamus Davis από το  Cornell University στην Ithaca, Νέα Υόρκη και η ομάδα του χρησιμοποίησαν αυτήν την τεχνική για να εξετάσουν την επιφάνεια ενός υπεραγωγού υψηλής θερμοκρασίας βασισμένο στον σίδηρο. Σε θερμοκρασίες ελάχιστα πάνω από το απόλυτο μηδέν βρήκαν ότι η κίνηση των ηλεκτρονίων του υλικού “είχε παγώσει στην μία διεύθυνση και ήταν ελεύθερη στην άλλη”. Αυτή η εικόνα μοιάζει με μικρές λωρίδες φτιαγμένες από ηλεκτρόνια.


Η μικροσκοπική εικόνα που παρουσιάζουν τα μόρια υγρών κρυστάλλων είναι παρόμοια με αυτές τις λωρίδες. Το 2007, η ομάδα του Davis βρήκε ότι και σε κάποιους υπεραγωγούς βασισμένους στον χαλκό υπήρχε παρόμοια συμπεριφορά και έτσι κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι αυτή η ιδιότητα παίζει σημαντικό ρόλο στην εξήγηση των υπεραγωγών υψηλών θερμοκρασιών. Ωστόσο παρόμοια ιδιότητα εμφανίζουν και κάποια υλικά που δεν είναι υπεραγωγοί.
Επομένως δεν είναι σίγουρο ότι αυτή η ανακάλυψη θα οδηγήσει στην εξήγηση του φαινομένου των υπεραγωγών υψηλής θερμοκρασίας αλλά οπωσδήποτε είναι κάτι που χρειάζεται να ερευνηθεί περισσότερο γιατί υπάρχουν σοβαρές πιθανότητες να είναι σωστό!



Όταν περνάει ρεύμα από έναν αγωγό δημιουργείται μαγνητικό πεδίο. Όσο περισσότερο ρεύμα τον διαρρέει τόσο ισχυρότερο το μαγνητικό πεδίο. Με τους υπεραγωγούς έχουμε μηδενικές απώλειες με αποτέλεσμα να μπορούμε να δημιουργούμε πάρα πολύ ισχυρά μαγνητικά πεδία. Μερικές εφαρμογές αυτών είναι στους μαγνητικούς τομογράφους, στα τρένα Maglev και στους επιταχυντές σωματιδίων. Γενικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν όπου χρειαζόμαστε πολύ ισχυρά μαγνητικά πεδία και μηδενικές απώλειες.
Όμως για να γίνει εύκολη και αποδοτική η χρήση τους, χρείαζεται να βρεθούν υπεραγωγοί σε "θερμοκρασία δωματίου". Δηλαδή σε θερμοκρασία που να μπορεί να επιτευχθεί εύκολα σε οποιοδήποτε σπίτι. Δεν είναι εύκολο να ψύχουμε ένα σώμα σε τόσο χαμηλές θερμοκρασίες και είναι και πολύ ενεργοβόρο. 
Φανταστείτε πόση εξοικονόμηση ενέργειας θα είχαμε αν μπορούσαμε να αποθηκεύουμε ενέργεια στο σπίτι μας και να την χρησιμοποιούσαμε όποτε θέλαμε..... Με απλά λόγια θα μπορούσαμε τις μέρες που έχει ήλιο να παράγουμε ενέργεια με φωτοβολταϊκά και όση δεν χρειαζόμαστε να την αποθηκεύουμε για τις μέρες που δεν έχει ήλιο....

Όλα αυτά δεν είναι κάτι που ελπίζουμε να πετύχουμε στο μέλλον. Είναι πράγματα που συμβαίνουν τώρα και συνεχώς εξελίσσονται. Τεράστια ποσά δισεκατομμυρίων ευρώ έχουν επενδυθεί σε αυτήν την τεχνολογία και στην ανάπτυξη θερμότερων υπεραγωγών. Την στιγμή που γράφεται αυτό το άρθρο ο θερμότερος υπεραγωγός ψύχεται στους 254 Κ ή -19 βαθμούς κελσίου.... Πολύ κοντά δηλαδή σε θερμοκρασίες δωματίου...


Όποιος ενδιαφέρεται να ψάξει το θέμα ας ρίξει μια ματιά και στα παρακάτω
http://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_crystal#Nematic_phase 
http://www.superconductors.org/ 
http://people.ccmr.cornell.edu/~jcdavis/ 
http://www.superconductors.org/Uses.htm 
http://ffden-2.phys.uaf.edu/212_fall2003.web.dir/rodney_guritz%20folder/uses.htm 
http://www.tech-faq.com/what-is-a-superconductor.shtml





Πηγή: newscientist

1 σχόλια:

δεσποινάκι είπε...

πολυ ενδιαφερον αρθρο δεν γνωριζα πως λειτουργουν και που χρησιμευουν.ελπιζω να καποια στιγμη να εφαρμοστει σε καθε νοικοκυριο!λες;

Δημοσίευση σχολίου