Pochopení supravodivosti a jejích aplikací

Supravodivost je jev, kdy určité materiály mohou při ochlazení na velmi nízké teploty vést elektřinu s nulovým odporem. To znamená, že materiál může přenášet elektrický proud bez jakékoli ztráty energie, což jej činí mimořádně užitečným pro širokou škálu aplikací, jako jsou fyzikální experimenty s vysokou energií, lékařské zobrazování a vysokorychlostní výpočetní technika. objevil v roce 1911 holandský fyzik Heike Kamerlingh Onnes, který pozoroval, že odpor rtuti náhle klesl na nulu, když byla ochlazena na teplotu 4,2 K (-269 °C). Od té doby vědci zjistili, že za určitých podmínek může supravodivost vykazovat také mnoho dalších materiálů....Přesný mechanismus supravodivosti stále není plně objasněn, ale předpokládá se, že zahrnuje tvorbu Cooperových párů, což jsou páry elektronů, které jsou spolu vázány. výměnou fononů (kvantované zvukové vlny). Když je materiál ochlazen na teplotu pod jeho kritickou teplotou (Tc), Cooperovy páry kondenzují do jednoho kvantového stavu, což vede ke zmizení elektrického odporu.……Existuje několik typů supravodičů, včetně:…1. Nízkoteplotní supravodiče: Jedná se o materiály, které vykazují supravodivost při teplotách nižších než kolem 30 K (-243°C). Příklady zahrnují nitrid niobu (NbN), niobový cín (Nb3Sn) a yttrium barya oxid měďnatý (YBCO).
2. Vysokoteplotní supravodiče: Jedná se o materiály, které vykazují supravodivost při teplotách nad přibližně 30 K. Příklady zahrnují měďnany, jako je yttrium baryum oxid měďnatý (YBCO) a rtuť baryum vápenato-měďnatý oxid (HgBa2Ca2Cu3O8+x).
3. Organické supravodiče: Jedná se o materiály, které obsahují atomy uhlíku a vykazují supravodivost. Příklady zahrnují polyparafenylensulfid (PPS) a polyfluorenvinylen (PFV).
4. Supravodivé nanodrátky: Jedná se o extrémně tenké dráty, které vykazují supravodivost. Mají potenciální aplikace v kvantových výpočtech a dalších vznikajících technologiích.……Supravodiče mají mnoho potenciálních aplikací, včetně:…1. Fyzikální experimenty s vysokou energií: Supravodivé magnety se používají k řízení a zaostřování paprsků částic v urychlovačích, jako je Velký hadronový urychlovač (LHC).
2. Lékařské zobrazování: Supravodivé magnety se používají v MRI přístrojích k vytvoření silných magnetických polí, která mohou detekovat jemné změny v tělesných tkáních.
3. Vysokorychlostní výpočty: Supravodivé obvody lze použít k vytvoření ultrarychlých počítačů, které mohou provádět složité výpočty rychlostí až 100 GHz.
4. Skladování a přenos energie: Supravodiče by mohly být použity k vytvoření účinnějších elektrických rozvodných sítí a systémů skladování energie.
5. Quantum computing: Supravodivé qubity (kvantové bity) jsou zkoumány jako potenciální řešení pro budování škálovatelných kvantových počítačů.