Otkriva se novo stanje materije ili ono što je tajna čudnih metala

Znanstvenici su relativno dugo otkrili da prilično složene kombinacije bakra i kuprata pokazuju ponašanje različito od klasičnih metala. A prema rezultatima nedavnih studija, znanstvenici su u njima otkrili potpuno novo stanje materije.

Korištenje ovih materijala pokazuje široke izglede za stvaranje visokotemperaturnih supravodiča, koji su toliko potrebni suvremenom energetskom inženjerstvu i cijeloj industriji u cjelini. Pogledajmo u čemu je posebnost ovih "čudnih materijala".

Prva otkrića visokotemperaturnih vodiča

Već davne 1911. god otkriće supravodljivosti došlo je u Holandiji. Otkriveno je da pri temperaturi od samo tri Kelvina otpor žive pada na nulu (električna energija se prenosi bez ikakvih gubitaka).

Nadalje, ovaj je učinak primijećen u drugim materijalima, ali uvijek je temperatura na kojoj je primijećena superprovodljivost ostala izuzetno niska.

Promjene su se dogodile tek 1986. godine. Tada su IBM-ovi inženjeri stvorili prvi visokotemperaturni supravodič - kupratlantan i barij. Za ovo K. Müller i G. Bednorts je dobio Nobelovu nagradu.

Superprovodnici s minimalnom temperaturom od 77 Kelvina (ali ne nižom) nazivaju se visokotemperaturni. To je temperatura na kojoj vrije tekući dušik.

Trenutno je najpoznatiji visokotemperaturni supravodič BSCCO (bisco sendvič), koji se sastoji od slojeva bizmut oksida, stroncija, bakra i čistog kalcija.

Zahvaljujući tim materijalima stvoreni su posebni uređaji i proizvodi u elektrotehnici, transportu i energetici.

U čemu je tajna čudnih metala

Unatoč činjenici da su cuprati već u punoj upotrebi, u Velikom hadronskom sudaraču od njih se izrađuju stotine metara žica. Znanstvenici do danas ne razumiju u potpunosti fiziku visokotemperaturne vodljivosti.

Teorija BCS-a (nazvana po njezinim tvorcima D. Bardin, L. Cooper i
D. Schrieffer) savršeno opisuje supravodljivost iznad 30 Kelvina. Ali tek s porastom temperature, kada učinak supravodljivosti nestane, kuprati se počinju ponašati ne kao obični materijali.

Električni otpor kuprata linearno se smanjuje, a ne proporcionalno kvadratu temperaturne razlike. To je u suprotnosti s teorijom Fermijeve tekućine koju je formulirao Lev Landau 1956. godine.

Na ekstremno niskim temperaturama elektroni pokazuju ponašanje elektronskog plina, a naišla interakcija opisana je jednadžbama kvantne mehanike.

U ovom slučaju, Fermijeva teorija o tekućini djeluje za veliku većinu metala, osim za notorne cuprate. Zbog toga su ih fizičari smjestili u poseban odjeljak "čudni metali".

U takvim se "podmetalima" elektroni kreću izuzetno slabo i na kratkim udaljenostima. U tom slučaju dolazi do intenzivnog rasipanja energije.

Stoga su "čudni metali" smješteni točno u sredini između uobičajenih metala i izolatora.

Brojne studije otkrile su velik broj "submetala", ali bez ikakvih svojstava supravodljivosti. To je dodatno zbunilo situaciju s kupratima.

Superprovodljivost kuprata i magnetskog polja

Eksperiment koji je izvela međunarodna znanstvena grupa iz SAD-a, Njemačke i Kolumbije pokazao je da je učinak jakog magnetskog polja od 60-70 Tesla (ovo je ogroman vrijednost kod koje supervodiči gube svoja provodna svojstva) mijenja otpor kuprata linearno, a ne prema kvadratnom zakonu, kao u slučaju "normalne" metali.

Drugim riječima, kuprati pokazuju svojstva metala, ali s velikom nevoljkošću.

Novo stanje materije

Akumulacijom eksperimentalnih podataka o kuratrima, to ukazuje da to nije ništa drugo kao apsolutno jedinstveni oblik materije, određen realnošću kvantne zapletenosti u makroskopskom svijet.

A inženjerska skupina s Flatiron instituta u New Yorku uspjela je stvoriti digitalni model "čudnih metala", što je potvrdilo pretpostavku da to nije ništa drugo do novo stanje materije. Takozvani srednji oblik između uobičajenih vodljivih metala i izolacijskih materijala.

Stoga ostaje smisliti naziv za novo stanje materije i nastaviti istraživanje.

Je li vam se svidio materijal? Mi volimo, pretplaćujemo se i komentiramo. Hvala vam što ste pročitali do kraja.