сверхпроводники

Сверхпроводники

Сверхпроводниками называют материалы с нулевым электрическим сопротивлением, через которые постоянный ток проходит с максимальной скоростью.  Сверхпроводимость материал приобретает, когда он охлаждается ниже критической температуры, которая у каждого сверхпроводника своя.

От полупроводников эти вещества отличаются величиной электросопротивления — у сверхпроводника оно ниже, чем у обычного проводника. А у полупроводников электрическое сопротивление ниже по сравнению с проводниками.

Специфика сверхпроводников

Сверхпроводимость может проявляться у очень разных веществ. Некоторые из них при обычных температурах могут совсем не проводить электроток. Сверхпроводники мы можем найти среди металлов и сплавов, керамики, органики, газов типа сероводорода. Отдельные полупроводники и диэлектрики при охлаждении ниже критической температуры или при определенном давлении могут приобретать сверхпроводимость.

Под действием сильных магнитов сверхпроводники могут левитировать — подниматься в воздух и парить в нем. У большинства сверхпроводников значения критических температур очень низкие, и это затрудняет их применение. Но в 2017 году были обнаружены материалы со сверхпроводимостью при температуре и высоком давлении 20°С – гидриды иттрия и лантана.  

Виды сверхпроводников

Сверхпроводящие материалы могут быть низкотемпературными и высокотемпературными. Граница между ними лежит в точке кипения азота, это -195,75°С. Для охлаждения низкотемпературных сверхпроводников используют сжиженный гелий с точкой кипения -269°С, а для высокотемпературных подойдет и сжиженный азот, более дешевый и легкий в получении.

По реакции на магнитное воздействие выделяют сверхпроводники первого и второго рода. Первые теряют сверхпроводимость при одном определенном значении магнитной напряженности, так как поле перестает огибать проводник и начинает его пронизывать.

У второго типа сверхпроводников таких критических точки магнетизма две. В первой поле начинает проникать в сверхпроводник, но сверхпроводимость при этом не исчезает. Когда достигается вторая критическая точка магнетизма, сверхпроводник полностью теряет свое ключевое свойство. Сверхпроводники первого типа обычно низкотемпературные, а среди второго встречаются и высокотемпературные.

К низкотемпературным сверхпроводникам первого типа относят магний, вольфрам, гафний, титан. А еще рутений, кадмий, цирконий, осмий, цинк, галлий, рений.  Продолжают список алюминий, индий, олово, тантал, ванадий, свинец. Из сплавов к этой группе относят золото-висмутовый.

Низкотемпературные сверхпроводники 2 типа из металлов — ниобий, из соединений – борид магния, теллурид германия, титанат стронция. Из сплавов в эту группу входят свинцово-молибденово-серный, сплав из ниобия с оловом или германием. К железосодержащим сверхпроводникам, которые обладают специфические свойства и не могут быть определены ни в тип 1, ни в тип 2, относят селенит железа, ферроарсенит гадолиния.

К высокотемпературным сверхпроводникам 2 типа относят многокомпонентные смеси оксидов, включающие окиси иттербия, иттрия, висмута. В них также присутствуют в разных сочетаниях оксиды кальция, сурьмы, стронция, меди, бария. Их называют купратами, перовскитами или сверхпроводящими керамиками.

Применение сверхпроводников

Главное направление использования сверхпроводников — получение тока большой силы за счет малого напряжения и низких энергозатрат. В перспективе на сверхпроводниках будет основана работа сверхэкономичных и не загрязняющих среду генераторов и электродвигателей. Резисторное электроэнергетическое оборудование заменят сверхпроводниковым, которое будет более надежным, компактным, эффективным и дешевым.

Применение низкотемпературных сверхпроводников затруднено необходимостью их охлаждения. Но это же обстоятельство может быть большим плюсом для применения этих материалов в космической технике. На Земле же пока ведется интенсивная работа по поиску не очень дорогих высокотемпературных проводников. Если их найдут, это будет революцией в технике и энергетике.

Сейчас сверхпроводники применяют в кубитах — элементах квантовых компьютеров. В термоядерных реакторах за счет сверхпроводников удерживается высокотемпературная плазма, чтобы она не могла повредить стенки реактора.