Światowy przełom w technice: nadprzewodnik działający w temperaturze pokojowej

Efekt Meissnera, na dole schłodzony nadprzewodnik.

Czym są nadprzewodniki?

Nadprzewodniki to substancje, które mają zdolność przewodzenia prądu elektrycznego bez utraty energii. Wykazują zerową rezystancję, więc zgodnie z prawem Ohma, otrzymywane natężenie prądu jest równe przyłożonemu napięciu. Wykazują również inną właściwość nazywaną efektem Meissnera. W dużym uproszczeniu oznacza to, że zanika w nich pole magnetyczne. Powoduje to m.in. „lewitowanie” magnesów nad nadprzewodnikami, co udało się wykorzystać przy tworzeniu np. łożysk beztarciowych.

Jak dotąd, wszystkie znane nam nadprzewodniki, do działania potrzebowały niezwykle niskich temperatur i/lub dużego ciśnienia. Początkowo były to temperatury bliskie bezwzględnego zera, czyli teoretycznie najniższej możliwej do uzyskania temperatury. Powodowało to, że nadprzewodniki były bardziej fizyczną ciekawostką niż realnie użytecznym wynalazkiem. Wraz z rozwojem nauki i kolejnymi badaniami, temperatura sukcesywnie stawała się coraz mniejszą przeszkodą. Pokonywano kolejne granice i tworzono nowe materiały. Dzięki temu, dziś nadprzewodniki wykorzystywane są w wielu dziedzinach życia, a nie tylko w laboratoriach.

Działanie nadprzewodników (zdj. ACAN.eu)

Problemy z dzisiejszymi nadprzewodnikami

Obecnie, nadprzewodniki są wykorzystywane na wielu różnych płaszczyznach. Jednym z najbardziej powszechnych miejsc ich zastosowania są elektromagnesy nadprzewodzące w rezonansach magnetycznych (MRI). W uzwojenie takiego elektromagnesu wprowadzany jest prąd, który następnie płynie w nim w nieskończoność, nie wymagając przykładania żadnego zewnętrznego źródła zasilania. Niestety, przez potrzeby nadprzewodników, całość musi być mocno schłodzona. Wykorzystuje się do tego hel (temperatura -269° Celsjusza lub 4 kelwiny). Jest on jednak pierwiastkiem bardzo drogim, co odbija się zarówno w cenach aparatów, kosztach ich eksploatacji, jak i w cenach samego badania dla pacjenta. Generalnie, przez wymagane niskie temperatury pracy nadprzewodników, ich wykorzystanie jest mocno ograniczone, a w sferach życia codziennego ludzi – niemal nieosiągalne. Używające ich urządzenia są drogie, nieporęczne i wymagają określonych i stabilnych warunków do pracy.

Rezonans magnetyczny (zdj. Mos.ru)

Znaczenie odkrycia

Kilka lat temu, grupa fizyków z uniwersytetu Rochester ogłosiła odkrycie materiału wykazującego właściwości nadprzewodnika w temperaturze pokojowej. Informacja ta rozpaliła wyobraźnię naukowców z całego świata. Przełom wydawał się być na wyciągnięcie ręki. Możliwości były niemal nieskończone. Niestety, materiał może i „działał” w temperaturze pokojowej, ale w zamian wymagał wysokiego ciśnienia wynoszącego bagatela niemal 75% ciśnienia panującego w ziemskim jądrze. Marzenia i plany szybko zostały zweryfikowane, a w ich miejsce pojawił się zawód. Odkrycie to udowodniło jednak, że wytworzenie materiału niewymagającego ani niskiej temperatury, ani wysokiego ciśnienia jest możliwe i jest tylko kwestią czasu. Pokazało też jak wiele będzie on znaczył, kiedy w końcu zostanie wynaleziony.

Uzyskanie nadprzewodnika mogącego pracować w pokojowych warunkach oznacza nie tylko mobilne maszyny MRI. Otwiera to przed ludzkością zupełnie nowy rozdział możliwych odkryć i wynalazków. Bezstratne linie przesyłowe wysokiego napięcia, lewitujące pociągi wielkich prędkości czy niezwykle wydajne komputery to tylko kilka potencjalnych zastosowań. Miniaturyzacja ogromnych i skomplikowanych maszyn byłaby możliwa. Wydaje się to być wizja tak piękna, że aż nieprawdziwa.

Odkrycia kolejnych nadprzewodników i temperatury ich funkcjonowania.

Oczywiście, to wszystko będzie można rozważać dopiero, gdy odkrycie zostanie potwierdzone. Na razie, jedyne czym dysponujemy to słowo grupy naukowców przypisujących sobie odkrycie stulecia. Warto jednak zaznaczyć, że jeszcze przed opublikowaniem raportu zgłosili oni swoje odkrycie do urzędu patentowego, więc jeśli jest to tylko żart lub fałszywy alarm, to w jego wykonanie zostało włożone naprawdę wiele pracy.

Bibliografia:

The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor; Sukbae Lee, Ji-Hoon Kim, Young-Wan Kwon
arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2307/2307.12008.pdf 

Trwało to 100 lat, ale udało się. Naukowcy stworzyli pierwszy nadprzewodnik działający w temperaturze pokojowej; Hubert Taler
https://spidersweb.pl/2020/10/nadprzewodnik-w-temperaturze-pokojowej.html

Miażdżyli diamenty i w końcu się udało. Mamy nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej; Mariusz Błoński
https://kopalniawiedzy.pl/nadprzewodnik-nadprzewodnictwo-temperatura-pokojowa-cisnienie,32794

Nadprzewodnictwo
https://acan.eu/?page_id=6598