Ученые из Китая скоро найдут “святой Грааль” физики, создав сверхпроводник
Китайские ученые в очередной раз совершили революцию. Они сумели синтезировать уникальные кристаллы LK-99, который способны левитировать в магнитном поле. Видео эксперимента выложила команда во главе с Чангом Хайсинем, профессором Школы материаловедения и технологии Хуачжунского университета науки и техники.
LK-99 – сверхпроводник, то есть вещество, способное проводить электрический ток, как вакуум. Сверхпроводящие материалы уже существуют и используются, например, в аппаратах МРТ. Однако для этого требуются чрезвычайно низкие температуры (приближающиеся к абсолютному нулю) или чрезвычайно высокое давление (более чем в 100 тысяч раз превышающие атмосферное).
Именно поэтому физики со всего мира так пытаются создать сверхпроводник, который будет "работать” в обычных условиях – при комнатной температуре, например.
Китайские инженеры повторили заветы Никола Теслы
Современные материалы, которые мы используем для проведения электричества (такие как медная или алюминиевая проводка) крайне неэффективны. Когда электроны мчатся по проводу, они сталкиваются с атомами материала, выделяя тепло и вызывая потерю энергии. Это явление известно как электрическое сопротивление и приводит к тому, что до 10% электроэнергии тратится впустую, когда она проходит по линиям электропередачи в дома. Потеря энергии происходит и в наших электронных устройствах – телефонах, планшетах, наушниках. Поэтому они так быстро нагреваются и разряжаются.
Сверхпроводимость при комнатной температуре позволила бы передавать электричество без потерь. О таком мечтал еще Никола Тесла: он хотел передавать электричество по воздуху. Сейчас идеи Теслы готовы воплотить в жизнь китайцы. А это сулит изменение всей привычной нам энергетики, транспорта, электроники и даже медицины.
Сверхпроводником может быть кристалл LK-99 - так еще называют минерал перовскит, разновидность фосфата свинца с включением меди. Первыми на уникальные особенности LK-99 обратили внимание инженеры из Южной Кореи. Изучить подробнее новый кристалл смогли китайские ученые.
Пока что они только на пороге. Оказывается, в LK-99 могут быть примеси, которые и отвечают за сверхпроводимость. Теперь осталось взглянуть вглубь кристалла и вырастить его таким, какой нужен исследователям.
Больше не абсолютный ноль. Магнитные поезда сэкономят на гелии
Сверхпроводящие материалы очень нужны даже железным дорогам. Сейчас Китай – один из пионеров строительства поездов на магнитной подушке. Их магнитная система делается из сверхпроводящего ниобий-титанового сплава. Правда, в обычных условиях такой сплав бесполезен: его приходится охлаждать почти до абсолютного нуля жидким гелием.
Сверхпроводник вроде LK-99 сделал бы это намного дешевле и избавил бы от необходимости применять гелий. Этот инертный газ производится лишь в нескольких странах, поэтому проблемы с поставками могут привести к резкому скачку цен.
На кону большие деньги. Например, за последнюю неделю удвоилась цена акций американской корпорации American Superconductor.
Желание создать сверхпроводник такое сильное, что некоторые ученые даже фальсифицировали результаты. Например, в 2020 году группа из Рочестерского университета в Нью-Йорке опубликовала в престижном журнале Nature "доказательства” существования сверхпроводника при комнатной температуре. Спустя два года статья была отозвана – к выводам американцев были серьезные претензии, эксперимент повторить не удалось.
Китайские ученые пока лишь осторожно заверяют: много данных о чудо-свойствах LK-99 еще предстоит перепроверить. Шинейд Гриффин, физик из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, пытается изучить внутреннюю структуру кристалла LK-99 с помощью суперкомпьютера и понять, почему кристалл именно такой.
Электросети без замыканий и полеты в космос для всех желающих
Ученые во всем мире уже больше ста лет бьются над тем, чтобы “поймать” сверхпроводимость. Причем такое физическое свойство описаны почти у половины элементов периодической системы – от ртути до железа. Лишь в середине XX столетия ученые поняли отчего при охлаждении вещество свободно пропускает ток.
Отрицательно заряженные электроны в норме отталкиваются друг от друга. А когда температура опускается, электроны “склеиваются" в пары. Причем “клеем” служат вибрации на атомном уровне. За открытие этого явления была присуждена Нобелевская премия по физике в 1972 году. А вообще, за исследования в области сверхпроводимости было присуждено пять Нобелевских премий.
Причем процесс сверхпроводимости интересует далеко не только ученых, но и инженеров. Новые вещества нужны для создания квантовых компьютеров, без которых невозможен искусственный интеллект. Суперпроводники нужны для компьютерных процессоров и видеокарт, портативных генераторов и двигателей электромобилей. А также для ускорителей частиц и термоядерных реакторов с магнитной плазмой.
Когда всю медную проволоку в мире заменят на сверхпроводящую, можно будет забыть про скачки напряжения и отключений электроэнергии. Благодаря сверхпроводникам “зеленая" энергетика станет наконец-то рентабельной: ветряные турбины и солнечные панели будут на равных спорить с ТЭЦ.
Благодаря сверхпроводникам появятся электромагнитные пусковые системы для самолетов и ракет – летать в космос станет дешевле и проще. А обсерватории, в которой установлены сверхпроводящие датчики, сумеют наконец-то дать ответы на все наши вопросы о Вселенной.
Всего-то осталось подождать несколько лет, пока открытие китайских ученых превратится в коммерческую технологию.