В россии создан «невозможный» материал для новых сверхпроводников

Сверхпроводники на основе железа[ | код]

В 2008 году произошло открытие нового класса сверхпроводящих соединений с высокими значениями критической температуры T_c — слоистых соединений на основе железа и элементов V группы (пниктидов) либо Se, так называемых ферропниктидов или селенидов железа. Впервые было обнаружено сверхпроводящее состояние у соединений, содержащих атомы Fe. Кристаллическая структура всех железосодержащих сверхпроводников (уже известно 6 семейств) представляет собой чередующиеся слои, в которых атомы железа окружены тетраэдром из атомов As или Se. На данный момент рекордсменом по значению T_c является соединение GdOFeAs (Gd-1111), допированное фтором, который замещает кислород. Его T_c достигает 55 К.

Все железосодержащие сверхпроводники обладают многозонной структурой и квазидвумерны (проявляют анизотропию свойств в направлении поперёк плоскостей). При переходе в сверхпроводящее состояние в каждой зоне открывается собственная щель в квазичастичном спектре, что приводит к появлению как минимум двух сверхпроводящих конденсатов и многощелевой сверхпроводимости, подобной случаю MgB₂ (диборида магния). Характеристическое отношение теории БКШ 2Δ_{большая}/k_BТ_с по оценкам российских экспериментаторов находится в диапазоне 4,6 — 6.

Описание[ | код]

Критические температуры сверхпроводящего перехода для обычных веществ и их гидридов при атмосферном и высоком давлениях

Явление сверхпроводимости заключается в полной утрате материалом электрического сопротивления при охлаждении ниже характерной для данного материала критической температуры. Особое значение высокотемпературной сверхпроводимости заключается в возможности практического использования без сильного охлаждения или с более дешевыми и удобными охладителями (жидким водородом, азотом, метаном), чем необходимый для классических сверхпроводников жидкий гелий под давлением.[источник не указан 839 дней]

К 2020 году наиболее высокотемпературными сверхпроводниками при атмосферном давлении являются купраты — керамики (смешанные оксиды).

В 2018 году в компьютерных моделях была предсказана сверхпроводимость сложных гидридов, представляющих собой «легированный» металлический водород при близких к комнатной температурах и давлениях порядка 200 ГПа. На основе этой теоретической разработки в 2019—2020 годах получена сверхпроводимость в гидридах лантана и иттрия при температурах 245−260 K и давлениях порядка 1 млн атмосфер, например, LaH_10±x становится сверхпроводником при охлаждении до 250 K под давлением 188 ГПа, у YH₆ сверхпроводящий переход происходит при температуре 227 K и давлении 237 ГПа, у YH₉ — при 243 K и 201 ГПа, у ThH₁₀ — при 161 K и 174 ГПа, у ThH₉ — 146 K и 170 ГПа, YH. Эти значения в среднем на 30 K меньше предсказанных в моделях, что требует дальнейшего изучения и корректировки моделей. В частности, предсказанная сверхпроводимость соединения Li₂MgH₁₆ при давлении 250 ГПа и температуре 473 K может оказаться также слишком оптимистичной.

Что это за реакция

“Сверхпроводник” в Геншин импакт (англ. название “Superconduct”) — это элементальная реакция, вызванная путем наложение эффекта Крио на Электро , или наоборот. В более ранних версиях игры носил название “Суперпроводник”.

В Genshin impact “Сверхпроводник” имеет ряд особенностей:

После возникновения наносит дополнительный урон холодом (Крио) по площади.
Относится к реакция 2-ого порядка.
Снижает физическую защиту противника.
Может возникать и без электро-героя в команде.

Стоит подробнее остановиться на каждом из описанных характеристик.

Реакция 2-ого порядка

“Суперпроводник”, как и другие реакции 2-го порядка, не может критовать, а урон зависит только от уровня и параметра Мастерства стихий персонажа, вызывающего реакцию (и сопротивления стихий противника).

Таблица скалирования базового урона «Сверхпроводника» от уровня героя (без учета МС):

Дополнительный урон

Как уже было сказано ранее, при вызове “Суперпроводника” наносится дополнительный урон холодом (Крио) по области, то есть может задеть и ближайших противников от цели.

Это выглядит таким образом:

1 монстр получит 1 удар.
2 монстра и более получат максимально по 2 удара каждый.

«Сверхпроводник» очень полезен при зачистке группы противников

Кстати, дополнительный урон получают все противники,попавшие под данный урон по площади, даже те, на которых не будет метки сверхпроводимости, т.е. значков Крио и Электро над головой. И все они получат дебафф на снижение защиты.

Наглядный пример:

Если нанести метку Крио , при помощи Кейи и его навыка «Выпад холода» на противника, а после ударить врага с помощью «Касания молнии» Лизы, то нанесется урон от «Касания молнии» по цели, а также дополнительные удары холодом по всем ближайшим противникам. Также будет если начнет Лиза, а закончит, активировав реакцию, Кейа. Только тут урон будет наноситься уже от “Выпада холода” .

В конце должен нанести удар перс с наибольшим уроном и МС

Снижение физической защиты врага

Урону по площади, который возникает в связи со статусом “Сверхпроводник” имеет свои особенности:

Снижает физическую защиту противников на 40% на 8 секунд.
Эффект дебаффа не зависит от уровня заклинателя, так что он будет в равной степени эффективен как на 10, так и на 70 уровне.
Может снизить физическое сопротивление врага до отрицательного числа. Однако, его эффективность уменьшается вдвое, когда порог физического сопротивления опускается ниже 0.

Последний пункт стоит рассмотреть на подробном примере:

Альтернативные варианты вызова “Сверхпроводника”

“Сверхпроводник” также может возникать в окружающей среде при воздействии Электро на воду, которая ранее была заморожена Крио , сокращая продолжительность замораживания и вызывая электрический заряд воды под ней.

При воздействии Крио на воду, заряженную электричеством, сверхпроводимости не будет. Однако, использование Крио на Электрокристалле или Электро на «Туманном цветке» также вызовет сверхпроводимость и нанесет урон ближайшим врагам.

Используйте в свою пользу данные момент во время боя с врагами, чтобы вызывать “Сверхпроводник” без одновременного использования крио персонажа и электро персонажа.

Дальнейшие перспективы открытия

В своей научной публикации российские и китайские ученые назвали полученный результат новым принципом создания сверхпроводников, для которых самыми подходящими материалами являются металлы между II и III группами таблицы Д.И. Менделеева.

Михаил Соловьев, МТС: В месяц мы реализуем 4-5 миграций из иностранных сервисов в облако МТС
Облачные сервисы

«В дальнейших исследованиях мы будем использовать эту информацию при получении новых высокотемпературных сверхпроводников», — отметил Артем Оганов, руководитель проекта по гранту РНФ, доктор физико-математических наук, профессор Cколтеха, заведующий лабораторией в Московском физико-техническом институте.

Текущее исследование

Вопрос о том, как возникает сверхпроводимость в высокотемпературных сверхпроводниках, является одной из основных нерешенных проблем теоретической физики конденсированного состояния . Механизм, который заставляет электроны в этих кристаллах образовывать пары, неизвестен. Несмотря на интенсивные исследования и множество многообещающих выводов, объяснение до сих пор ускользает от ученых. Одна из причин этого заключается в том, что рассматриваемые материалы, как правило, представляют собой очень сложные многослойные кристаллы (например, BSCCO ), что затрудняет теоретическое моделирование.

Улучшение качества и разнообразия образцов также дает повод для значительных исследований, как с целью улучшения характеристик физических свойств существующих соединений, так и для синтеза новых материалов, часто с надеждой на увеличение T _c . Технологические исследования сосредоточены на производстве ВТСП-материалов в количествах, достаточных для того, чтобы их использование было экономически целесообразным, и оптимизации их свойств в зависимости от применения .

Характеристики

К сожалению, класс «высокотемпературных» сверхпроводников имеет множество определений в контексте сверхпроводимости.

Маркировка high- T _c должна быть зарезервирована для материалов с критическими температурами выше точки кипения жидкого азота . Тем не менее, количество материалов — в том числе оригинальных открытий и недавно обнаруженная pnictide сверхпроводников — имеет критические температуры ниже 77 К , но , тем не менее, обычно называет в публикациях , как высокий Т _гр класс.

Вещество с критической температурой выше точки кипения жидкого азота вместе с высоким критическим магнитным полем и критической плотностью тока (выше которой разрушается сверхпроводимость) принесло бы большую пользу технологическим приложениям. В магнитных приложениях высокое критическое магнитное поле может оказаться более ценным, чем само высокое значение T _c . Некоторые купраты имеют верхнее критическое поле около 100 тесла. Однако купратные материалы представляют собой хрупкую керамику, которую дорого производить, и которую нелегко превратить в проволоку или другую полезную форму. Кроме того, высокотемпературные сверхпроводники не образуют больших сплошных сверхпроводящих доменов, а скорее кластеры микродоменов, внутри которых возникает сверхпроводимость. Поэтому они не подходят для применений, требующих наличия реальных сверхпроводящих токов, таких как магниты для спектрометров магнитного резонанса . Для решения этой проблемы (порошки) см. HTS_wire .

Было много споров относительно сосуществования высокотемпературной сверхпроводимости с магнитным упорядочением в YBCO, сверхпроводниках на основе железа , некоторых рутенкупратах и других экзотических сверхпроводниках, и продолжаются поиски других семейств материалов. ВТСП — это сверхпроводники второго типа , которые позволяют магнитным полям проникать в их внутреннюю часть в квантованных единицах потока, а это означает, что для подавления сверхпроводимости требуются гораздо более высокие магнитные поля. Слоистая структура также дает направленную зависимость отклика магнитного поля.

Новые материалы для сверхпроводников

Российские ученые из Сколтеха и их китайские коллеги из Цзилиньского университета объявили о создании «невозможных» с точки зрения классической химии сверхпроводниковых материалов на основе соединений водорода и редкоземельного металла празеодима.

Описание исследования, поддержанного грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ) по поддержке лабораторий мирового уровня, опубликована в профильном журнале Science Advances. По словам ученых, полученные результаты чрезвычайно важны для дальнейшей работы по созданию сверхпроводников – веществ с нулевым электрическим сопротивлением, работающих при комнатной температуре.

Сверхпроводники, передающие электричество без потерь и при этом не нагревающиеся, являются чрезвычайно востребованным материалом для многих отраслей современной промышленности – от энергосетей до квантовых вычислений. Проблемой остается снижение рабочей температуры сверхпроводников до приемлемого уровня. Современные сверхпроводники работают при температуре около абсолютного нуля и требуют для охлаждения дорогостоящее оборудование с жидким гелием.

Сверхпроводники на основе железа

Применение сверхпроводимости

По состоянию на сейчас понятно, что сверхпроводящие материалы становятся таковыми при очень низкой температуре или крайне высоком давлении. Это ограничивает их широкое применение. Низкие температуры достигаются с помощью устройства криостата. Эти устройства дороги, велики и, как правило, требуют высокого технического обслуживания. Они также имеют ограниченный срок службы, поскольку используют энергию, и поэтому не идеальны для длительных космических миссий.

Сверхпроводник не пропускает электромагнитное излучение и может использоваться в микроволновых устройствах и в устройствах для защиты от излучения при ядерном взрыве.
Сверхпроводимость необходима в приборах медицинской диагностики, например, в устройствах магнитно-резонансной томографии (МРТ). Здесь магнитные катушки должны находиться на достаточно низком уровне температуры для того, чтобы томограф давал сильное однородное магнитное поле. Криостаты используются для охлаждения этих систем, что делает оборудование намного крупнее и дороже. Сверхпроводники позволили бы использовать различное медицинское оборудование для домашней диагностики.
В проектах по термоядерной энергии где требуются сильные магнитные поля.
В высокопроизводительных квантовых компьютерах.
В устройствах передачи и аккумулирования энергии.

Явление сверхпроводимости при комнатной температуре для высокоэффективных линий электропередач, поездов на магнитной подвеске и других применений может оказывать глубокое влияние на общество.

Хотя было много обещаний в непосредственном охлаждении электронов, этого еще не произошло. Без фундаментального понимания того, как высокотемпературные сверхпроводники работают прогресс идет медленно.

История

Первыми явление высокотемпературной сверхпроводимости в соединении La_2-xBa_xCuO₄ с критической температурой 35 К открыли сотрудники научного подразделения корпорации IBM Карл Мюллер и Георг Беднорц в 1986 году. За это открытие в 1987 году им была присуждена Нобелевская премия. Смешанные керамики такого типа (перовскиты AMO3) в это же время активно изучались в СССР.

В 1987 году был открыт сверхпроводник YBCO (оксид иттрия-бария-меди), с критической температурой 92 К. Это был первый сверхпроводник, критическая температура которого выше температуры кипения жидкого азота (77 К).

На 2015 год рекордное значение критической температуры T_c 203 K было достигнуто в соединении серы и водорода, помещённой под давление 150 ГПа (1,5 млн атмосфер).

В 2018 году рекорд высокотемпературной сверхпроводимости побит сразу дважды:

при сжатии супергидрида лантана LaH₁₀ до 170 ГПа (1,7 млн атмосфер) получили T_c = −13 °С (260 К).
по утверждению индийских учёных, при охлаждении наноструктурированного серебра на золотой подложке им удалось получить T_c= 236 К (-37°С) — при нормальном давлении, однако их статья пока не прошла процесс peer-review и результат нельзя считать окончательно подтверждённым.

В 2020 году в журнале Nature опубликован новый рекорд для гидрида серы. Добавлением углерода группа ученых из университета Рочестера добилась критической температуры более 15 °С (при давлении 267 ГПа)..

Другое

Ограниченность практического применения керамических ВТСП обусловлена тем, что магнитное поле, создаваемое протекающим по ВТСП током, при большой величине приводит к разрушению собственной слоистой структуры проводника и, следовательно, необратимой утрате сверхпроводящих свойств. При этом для сверхпроводящих изделий (как ВТСП, так и классических) достаточно такого нарушения в одной единственной точке, так как возникший дефект мгновенно становится участком с большим сопротивлением, на котором выделяется тепло, что вызывает последовательный нагрев соседних участков, то есть лавинообразный выход из сверхпроводящего состояния всего проводника.

Нормальное (и сверхпроводящие) состояния показывают много общих особенностей между различными составами купратов; многие из этих свойств не могут быть объяснены в рамках теории БКШ. Четко сформированной теории сверхпроводимости в оксидных ВТСП в настоящее время не существует; однако, проблема привела ко множеству интересных экспериментальных и теоретических результатов.

Главной целью исследований в области являются ВТСП — материалы, работающие как минимум при температурах, широко распространенных на Земле (порядка −30 °C), как максимум — при комнатной температуре. Их создание привело бы к революции в энергетике и электронике, где значительной проблемой являются потери на сопротивление проводника.

Двойниковая структура и обратимая пластичность высокотемпературных сверхпроводников существенно влияет на их сверхпроводящие характеристики.

История[ | код]

В 2018 году рекорд высокотемпературной сверхпроводимости побит сразу дважды:

при сжатии супергидрида лантана LaH₁₀ до 170 ГПа (1,7 млн атмосфер) получили T_c = −13 °С (260 К).
по утверждению индийских учёных, при охлаждении наноструктурированного серебра на золотой подложке им удалось получить T_c= 236 К (-37°С) — при нормальном давлении, однако их статья пока не прошла процесс peer-review и результат нельзя считать окончательно подтверждённым.

Типы материалов проявляющих явление сверхпроводимости

Сверхпроводящие материалы классифицируются на два вида: типа I и типа II.

I тип

Сверхпроводящие материалы типа I состоят из основных проводящих элементов, которые используются во всем, от электропроводки до компьютерных микросхем. В настоящее время явление сверхпроводимости у этих материалов проявляется при температуре от 0,000325 °K и 7,8 °K при стандартном давлении.

Некоторые сверхпроводящие материалы типа I требуют невероятного давления, чтобы достичь сверхпроводящего состояния. Одним из таких материалов является сера, которая требует давления 9,3 миллиона атмосфер (9,4 х 1011 Н / м2) и температуры 17 °К для достижения сверхпроводимости.
Некоторые другие примеры типов сверхпроводников содержат ртуть — 4.15 °, свинец — 7.2 °к, алюминий — 1.175 °K и цинк — 0.85 °К.
Примерно половина элементов в периодической таблице являются сверхпроводящими. Сверхпроводники типа 1, в основном, состоят из металлов и металлоидов, которые имеют сопротивление току при комнатной температуре. Они требуют невероятного холода, чтобы замедлить молекулярные вибрации в достаточной степени, чтобы облегчить свободный поток электронов.
Сверхпроводимость металлов требует холодных температур, чтобы проявилось явление. Они обладают очень резким переходом в сверхпроводящее состояние и «идеальное» диамагнетизм — возможность полностью отразить магнитного поля.

Удивительно: медь, серебро и золото, три лучших металлических проводников не попали в число сверхпроводящих материалов, как и драгоценные металлы. Почему бы это?

Свинец (PB) 7,196 К
Лантан (La) 4,88 К
Тантал (Та) 4,47 К
Ртуть (HG) 4,15 К
Олово (SN) 3,72 К
Индий (В) 3,41 К

Тип 2

Сверхпроводящие материалы типа II состоят из металлических соединений. Они достигают сверхпроводящего состояния при гораздо более высоких температурах по сравнению с материалами I типа. Причина такого резкого повышения температуры до конца не выяснена.

Самая высокая температура сверхпроводимости при нормальном давлении на сегодняшний день составляет 135 °K или -138 °C соединением (HgBa2Ca2Cu3O8), которое попадает в группу, известных как купратные перовскиты. Эта группа материалов обычно имеет соотношение 2 атома меди к 3 атомам кислорода и считается керамической.

Сверхпроводники типа II также могут быть пронизаны магнитным полем, тогда как сверхпроводники типа I — нет.
За исключением элементов ванадия, технеция и ниобия, категория сверхпроводников типа 2 состоит из металлических соединений и сплавов.

Недавно открытые сверхпроводящие перовскиты (металлоксидная керамика), относятся к этой группе типа 2. Они достигают более высоких температур, чем материалы типа 1, с помощью механизма, который до сих пор полностью не изучен. Общепринятая точка зрения гласит, что он относится к слоям внутри кристаллической структуры.

Сверхпроводящие купраты (оксиды меди) достигли поразительно высоких Tc, если учесть, что к 1985 году известные Tc достигли только 23 Кельвина. На сегодняшний день максимальная температура, достигаемая при атмосферном давлении для материала, который образуется стехиометрически (путем прямого смешивания), составляет 147 Кельвинов. И самый высокая температура в целом составляет 216 градусов Цельсия для материала, который не образуется стехиометрически. Почти наверняка среди высокотемпературных сверхпроводников еще ждут открытия другие, более синергетические соединения.

Сверхпроводники типа 2 — также известные как «жесткие» сверхпроводники отличаются от сверхпроводников типа 1 тем, что их переход из нормального состояния в сверхпроводящее происходит постепенно в области «смешанного состояния». Поскольку Тип 2 допускает некоторое проникновение внешнего магнитного поля в его поверхность, это создает некоторые довольно новые мезоскопические явления, такие как сверхпроводящие «полосы» и «вихри решетки потока».

(Sn — олово, Sb — сурьма, Te — теллур, Ba — барий, V -ванадий, Mg — магний, O — кислород)

Sn₁₂SbTe₁₁Ba₂V₂Mg₂₄O₅₀ 216 K
Sn 11 SbTe10Ba2V2Mg22O46 209 K
Sn11SbTe10Ba2VMg23O46 202 K
Sn10SbTe9Ba2MnCu21O42 187 K
Sn9SbTe8Ba2MnCu19O38 178 K
Sn8SbTe7Ba2MnCu17O34 167 K

Другое[ | код]

Сверхпроводники

Без подробного теоретического понимания возникновения этого явления — хотя существенный прогресс делается постоянно — ученые иногда чувствуют, что занимаются гаданием на кофейной гуще, пытаясь подобрать подходящие материалы. Это похоже на попытку угадать номер телефона, который составлен из таблицы периодических элементов вместо цифр. Но перспектива остается и очень волнует. Нобелевская премия и дивный, новый мир энергии и электричества — неплохая награда за успешный результат.

Это может быть будущим.

В некоторых исследованиях основное внимание уделяется купратам, сложным кристаллам, содержащим слои меди и атомов кислорода. Соединение купратов с различными элементами, экзотическими соединениями вроде ртуть-барий-кальций-медь оксида, создают лучшие сверхпроводники, известные сегодня

Ученые также продолжают сообщать аномальные и неожиданные новости о том, что пропитанный водой графит может выступать в качестве сверхпроводника, работающего при комнатной температуре, но нет никаких указателей на то, что эти новости можно положить в основу технологий.

В начале 2017 года, исследуя самые экстремальные и экзотические формы материи, которые мы можем создать на Земле, ученые умудрились сжать водород до состояния металла. Для этого им понадобилось давление, превышающее давление в ядре Земли и в тысячи раз большее, чем на дне океана. Некоторые ученые в этой области — физике конденсированной материи — вообще сомневаются, что металлический водород удалось произвести.

Однако полагается, что металлический водород может быть сверхпроводником, работающим при комнатной температуре. Но работа с образцами оказывается очень сложной, потому что даже алмазы, содержащие металлический водород, не выдерживают катастрофического давления.

Сверхпроводимость — или поведение, сильно ее напоминающее, — также наблюдалась у иттрий-барий-медь оксида при комнатной температуре в 2014 году. Проблема лишь в том, что транспорт электрона проходил лишь крошечную долю секунды и требовал бомбардировки материала лазерными импульсами.