Postępy w dziedzinie nadprzewodników wysokotemperaturowych i ich zastosowań

Opinie czytelników

Obecnie brak opinii czytelników. Ocena opiera się na 2 głosach.

Oryginalny tytuł:

Advances in High Temperature Superconductors and their Applications

Zawartość książki:

Prof. Heike Kamerlingh Onnes odkrył nadprzewodnictwo podczas pomiaru rezystywności rtęci. Niespodziewanie rezystywność rtęci ustała w temperaturze 4,2 K i zjawisko to zostało nazwane nadprzewodnictwem. Zdał sobie sprawę ze znaczenia tego odkrycia w wytwarzaniu dużych pól magnetycznych. Zdał sobie sprawę, że nadprzewodnictwo jest nowym stanem termodynamicznym o szczególnych właściwościach elektrycznych i magnetycznych. Utorowało to drogę do odkrycia kolejnych nadprzewodników. Proste pierwiastki, takie jak cyna, ind lub ołów, wykazywały najwyższą temperaturę krytyczną (Tc) 7,2 K. Nazywano je nadprzewodnikami typu 1. W 1941 r. stwierdzono, że azotek niobu nadprzewodzi w temperaturze 16 K, a krzem wanadu wykazał właściwości nadprzewodzące w temperaturze 17. 5 K w 1953 roku. Stopy Nb i dwuskładnikowe lub bardziej złożone związki, takie jak Nb3Sn (Tc - 18 K), Nb-Ti (Tc -9 K), Ga, V z Tc,23 K stały się nadprzewodnikami typu II. Później nie nastąpił znaczący postęp w rozwoju nadprzewodników, chociaż oczekiwano od nich wspaniałych zastosowań. Po trzech dekadach odkryto fulereny, podobnie jak nadprzewodniki ceramiczne. Dekadę temu odkryto MgB2 z Tc = 39 K. Nadprzewodniki te były rutynowo produkowane w postaci drutów do wytwarzania większych pól magnetycznych. We wszystkich tych przypadkach chłodzenie odbywało się za pomocą ciekłego helu.

Kompleksowa mikroskopowa teoria nadprzewodnictwa w metalach została zaproponowana w 1957 roku przez Johna Bardeena, Leona Coopera i Roberta Schrieffera (tzw. teoria „BCS”), za co otrzymali oni Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. W 1986 roku George Bednorz i Karl Mueller odkryli kruche nadprzewodnictwo ceramiczne w rodzinie miedzianów w temperaturze 30 K, co zapoczątkowało nową erę. Zainspirowany pracami Bednorza i Muellera nad nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym (HTS), Paul Chu i jego współpracownicy z Uniwersytetu w Houston odkryli w 1987 roku 123 związki. Oznacza to, że YBCO (Yttrium1- Barium2-Copper3- Oxygen7) i izo-strukturalne RBCO (Rare-earth1-Barium2-Copper3-Oxygen7) mają Tc 93 K. Przed 1987 r. wszystkie materiały nadprzewodzące miały niższe temperatury krytyczne (Tc) i dlatego działały tylko w temperaturach zbliżonych do temperatury wrzenia ciekłego helu (4,2 K) lub ciekłego wodoru (20,28 K), przy czym najwyższą z nich był Nb3Ge o temperaturze 23 K. Były one znane jako nadprzewodniki niskotemperaturowe. YBCO był pierwszym materiałem, który stał się nadprzewodzący powyżej 77 K (temperatura wrzenia ciekłego azotu), a następnie odkryto szereg wysokotemperaturowych materiałów nadprzewodzących. Te materiały nadprzewodzące są powszechnie znane jako nadprzewodniki wysokotemperaturowe, ponieważ ich Tc przekroczyły limit określony przez teorię BCS. Nadprzewodniki wysokotemperaturowe są potencjalnie cenne, ponieważ ciekły azot jest tańszy niż ciekły hel.

YBCO posiada doskonałe właściwości nadprzewodzące i fizyczne. Cewki odbiorcze YBCO w spektrometrach NMR poprawiły rozdzielczość spektrometrów NMR o współczynnik 3 w porównaniu do tej osiąganej za pomocą konwencjonalnych cewek. Grupa Paula Chu jest w posiadaniu aktualnego rekordu Tc wynoszącego 164 K w nadprzewodniku rtęciowo-baranowym pod ciśnieniem. Ich praca doprowadziła do szybkiego pojawienia się nowych wysokotemperaturowych materiałów nadprzewodzących, zapoczątkowując nową erę w materiałoznawstwie, chemii i technologii. Oprócz tego opisano strukturę Bi2Sr2Ca2Cu2O10 (BiSCCO) wysokotemperaturowego związku nadprzewodzącego o T = 110 K. W 1993 r. opisano również nadprzewodniki rtęciowo-kubratowe, ceramiczne nadprzewodniki perowskitowe o temperaturach przejścia Tc = 138 K.