29.05.2008

Oxiarsenida, supraconductorul mult căutat?


Lansat în luna februarie, un nou material face furori în lumea fizicienilor şi chimiştilor: oxiarsenida. Supraconductivitatea acestuia rezistă până la temperaturi de 47 Kelvin, jumătate din recordul mondial. În plus, oxiarsenida rămâne supraconductoare până la câmpuri magnetice de 45 de Tesla, dublând deja recordul mondial.


Categorie: Fizica
Autor: Cristian Presură



Sunt poate puţine invenţiile tehnologice care ar putea avea un impact major în societate. Printre acestea însă trebuie enumeraţi supraconductorii la temperatura mediului ambiant. Cu ajutorul lor nu numai că am putea transporta curentul electric fără pierderi, dar putem construi puternici magneţi permanenţi cu care să levităm vehicule în mişcare. În plus, am putea creşte viteza computerelor de mii de ori, sau putem stoca energia fără pierderi pe un termen nelimitat.

Problemă majoră este că, până astăzi, nimeni n-a reuşit să construiască un material supraconductor la temperatura mediului ambient. Primii supraconductori au fost metalele obişnuite, răcite la temperaturi de câţiva Kelvin (-270 grade Celsius), ceea ce le face nepotrivite pentru orice aplicaţie practică. Acum 20 de ani, speranţă a fost înviată datorită descoperirii aşa-numiţilor supraconductori de temperatură înaltă. Să nu fim induşi în eroare de nume, aceştia sunt supraconductori ce rezista numai până la temperaturi de 100 Kelvin (-170 grade Celsius). La temperaturi mai mari devin nişte simpli izolatori... Cu tot entuziasmul ce a fost creat acum 20 de ani, nimeni nu a reuşit însă să depăşească limita de 100 grade Kelvin. Cei mai dintre fizicieni şi chimişti au părăsit domeniul acesta de cercetare care, ce e drept, a dat doi laureaţi ai premiului Nobel.

Iată însă că, de două luni, speranţele au reînviat. În februarie 2008, un grup de cercetători japonezi au reuşit să obţină un alt tip de material, denumit oxiarsenidă (de la oxigen si arsen), ce este un supraconductor le temperaturi mai mici de 26 Kelvin. Nu pare mult, însă fizicienii au intuit imediat că noul material are potenţial uriaş. Aceasta pentru că structura oxiarsenidei diferă foarte mult de cea a supraconductorilor de înaltă temperatura descoperiţi acum 20 de ani (care sunt nişte structuri planare de atomi de cupru şi oxigen). În structura oxiarsenidei, cercetătorii japonezi au inclus atomi de fier şi un ingredient magic: atomi de arsen!

Prezenţa atomilor de fier a luat prin surpriza comunitatea ştiinţifică. Aceasta pentru că fierul este feromagnetic, ori supraconductorii de cupru şi oxigen nu se împacă bine cu câmpul magnetic. Cu cât câmpul magnetic este mai mare, cu atât scade temperatura la care ei rămân supraconductori. Eventual, la un câmp magnetic suficient, starea supraconductoare este distrusă. Acesta este de fapt şi un motiv pentru care actualii magneţi formaţi din materiale supraconductoare (desigur, răcite la temperaturi joase) au o limită superioară a câmpului magnetic, în jur de 25 de Kelvin. Nouă structură descoperită de cercetătorii japonezi îşi păstrează însă starea supraconductoare până la 45 de Tesla! Practic, deja putem construi magneţi de două ori mai puternici decât cei construiţi până acum!

Povestea însă nu se opreşte aici. Astfel, nouă structură a oxiarsenidei permite o combinaţie mult mai mare de dopanţi. Dopanţii sunt atomi adiţionali, de diverse elemente, care pot fi adăugate în nouă structură, fără să-i modifice substanţial geometria. Avantajul major (dovedit în cazul supraconductorilor de cupru şi oxigen) este că putem controla relativ uşor numărul de electroni care joacă un rol important în starea supraconductoare, şi astfel putem creşte temperatura la care aceştia rămân supraconductori. O libertate mai mare de alegere a dopanţilor înseamnă efectiv o şansă mai mare de a construi un supraconductor la temperatura mediului ambiant.

Iată că acum câteva zile, un alt grup de la Universitatea din Tennessee (Statele Unite) a reuşit deja să crească temperatura la care oxiarsenida rămâne supraconductoare, ne anunţă portalul physorg. La un dopaj potrivit, oxiarsenida rămâne supraconductoare până la 47 de Kelvin, practic jumătate de valoarea recordului mondial. Este de remarcat cum, ştiind importanta descoperirii, cercetătorii americani au reuşit să facă măsurători în câteva zile, sacrificând câteva nopţi, pentru a publică urgent noile rezultate.

Poate deveni acest nou material, oxiarsenida, mult-căutatul supraconductor la temperatura mediului ambiant? Nu ştim încă, dar, dacă este aşa, va schimba în mod cert tehnologia din jurul nostru, şi asta în numai câţiva ani... [www.stiinta.info]

[www.stiinta.info]

Comentarii

  • June 2, 2008, 5:08 am - Daniel

    Extraordinara stire, deci in curand o sa avem magneti de laborator care pot duce pana la 45T, limita actuala fiind de aprox. 20T pt magnetii supraconductori.

    PS: o mica precizare - temperatura heliului lichid (4He) e 4.2K


  • May 31, 2008, 6:22 am - raul

    va multumesc mult pt raspunsuri


  • May 31, 2008, 5:44 am - cristi

    supraconductivitatea este un fenomen pur cuantic. Orice material la 0 Kelvin (ma rog, aproape) este pur cuantic. Cu cat creste temperatura , cu atat incep sa miste atomii, apare dezordinea, care distruge frumusetea ordonarii cuantice. Materialul incepe sa se comporte semiclasic. La fil si cu supraconductorii, la O Kelvin atomii sunt frumos ordonati (cuantic, pe nivele de energie, etc), electronii se pot imperechea, dand starea de supraconductibilitate. Creste temperatura, atomii incep sa se miste impredictibil, apat fluctuatii, ca un fel de mici cutremur care incepe sa distruga un castel de carti construit cu grija...


  • May 31, 2008, 5:15 am - raul

    ar mai fi ceva ce nu am inteles......de ce e nevoie de temperaturi asa mici pt ca materialele respective sa fie superconductoare?


  • May 29, 2008, 10:19 pm - Adi

    Buna Raul! Cum a explicat si Cristi, curentul electric ce trece prin o rezistenta o incalzeste pe aceasta, adica o parte din energia curentului electric se pierde sub forma de caldura. Fenomenul poarta numele de efect Joule. Superconductorii sunt insa materiale care nu pierd deloc energie sub forma de caldura. Astfel, chiar curenti de intensitate mare pot trece prin fir si nu se pierde deloc energie. Ori curenti mari produc campuri magnetice mari. Pe acest principiu se obtin campurile magnetice de cam 1.5 Tesla la magnetii din acceleratoarele de particule. Dar pentru ca aceste materiale sa fie superconductoare, trebuie tinute la temperaturi de cam 3 grade Kelvin, adica la temperatura heliului lichid. Ori pentru aceasta, se consuma totusi mare cantitate de energie.

    Daca insa s-ar face astfel de materiale la temperatura ambianta, ehe, ce bine ar fi, ai putea transporta curent electric la distante foarte mari, fara pierderi. S-ar putea produce si campuri magnetice intense foarte usor.

    Ma bucura dorinta ta de a invata mreu. Mult succes in continuare!


  • May 29, 2008, 5:48 pm - cristi

    e tarziu, trebuie sa merg la culcare... vroiam sa spun:

    2. campul magnetic nu patrunde in supraconductor, ci actioneaza pe suprafata lui (asa numitul efect Meissner)


  • May 29, 2008, 5:46 pm - cristi

    sunt doua diferente majore:

    1. rezistenta electrica este perfect nula!
    2. campul magnetic nu patrunde in condensator

    http://ro.wikipedia.org/wiki/Supraconductibilitate

    numai de bine!


  • May 29, 2008, 5:31 pm - raul

    ati putea sa explicati ce inseamna "superconductori" si care e diferenta dintre acestia si conductorii obisnuiti?va multumesc.


Adauga un comentariu

Adauga un comentariu

This is a captcha-picture. It is used to prevent mass-access by robots. (see: www.captcha.net)
Introdu codul:
Numele dumneavoastra:
Comentariu. Atentie, salveaza textul inainte de a-l trimite, ca o precautiune... Poti selecta tot comentariul cu CTRL-A si copia cu CTRL-C: