Hoge temperatuur supergeleiding

[actinium89]

In 1956 toonde Leon Cooper aan dat een zeer zwakke aantrekkingskracht tussen elektronen in een metaal een stabiele toestand van elektronenparen kan creëren waarvan de energie lager is dan de Fermi-energie (overeenkomend met de minimale elektronenenergiegeleiding in een metaal).

Hoewel Cooper pairing een fenomeen is van kwantumoorsprong, kan het ook op een vereenvoudigde manier verklaard worden binnen het kader van de klassieke mechanica.
Een elektron in een metaal gedraagt ​​zich als een vrij deeltje (vrij elektronengas). Het wordt afgestoten door andere elektronen vanwege zijn negatieve lading, maar het wordt aangetrokken door de positieve ionen die het stijve kristalrooster van het metaal vormen.
Deze aantrekking creëert trillingen in het rooster van positieve ionen (geassocieerd met energiekwanta die fononen worden genoemd) die de ionen enigszins naar de elektronen bewegen (elektron-fonon-interacties), waardoor de lokale positieve ladingsdichtheid van de ionen toeneemt en andere elektronen worden aangetrokken.
Op lange afstand kan deze interactie tussen elektronen als gevolg van verplaatste ionen de elektronische afstoting overwinnen en ze laten paren.

De energie van de koppelingsinteractie is vrij laag, in de orde van 0.001 eV, en de thermische energie kan daarom gemakkelijk leiden tot de scheiding van de paren, wat inhoudt dat het systeem wordt afgekoeld tot een zeer lage temperatuur (onder -200°C ).
De elektronen van een paar zijn niet noodzakelijkerwijs ruimtelijk dicht bij elkaar; aangezien de interactie over een groot bereik is, kunnen de gepaarde elektronen enkele honderden nanometers (miljardsten van een meter) van elkaar verwijderd zijn.
Aangezien de afstand meestal groter is dan de gemiddelde afstand tussen elektronen, kan een groot aantal Cooper-paren dezelfde ruimte innemen zonder het Pauli-uitsluitingsprincipe te schenden.
De elektronen met een spin van 1/2, de Cooper-paren vormen dus samengestelde bosonen waarvan de totale spin een geheel getal heeft: 0 (anti-parallelle spins) of 1 (parallelle spins).
De eigenschap van bosonen om te condenseren in dezelfde fundamentele kwantumtoestand (Bose-Einstein-condensatie) is verantwoordelijk voor de specifieke eigenschappen die kenmerkend zijn voor supergeleiding: nul intern magnetisch veld en elektrische weerstand.

De elektrische weerstand van een metaal kan worden verklaard door de botsingen die de geleidingselektronen ondergaan met de metaalionen bij het passeren van de geleider onder invloed van een potentiaalverschil.
Hoe regelmatiger het kristalrooster, hoe minder weerstand het biedt voor de doorgang van een elektrische stroom.
De elektrische weerstand neemt dus toe met de temperatuur, wat willekeurige trillingen van het kristalrooster veroorzaakt (waardoor het risico op botsing van een elektron met een ion toeneemt) en is afhankelijk van de aanwezigheid van onzuiverheden in het metaal.

Om supergeleiding bij hoge temperatuur te verkrijgen, zou het daarom nodig zijn om de interactie-energie van de elektronenparen te verhogen om hun stabiliteit met de temperatuur te vergroten.

Omdat de paringsenergie gekoppeld is aan de aantrekking van het elektron met de ladingsdichtheid van de ionen van het kristalrooster, versterkt men de aantrekkingskracht van de elektronenparen als men de amplitude van de ladingsoscillaties van de ionen verhoogt (door de lokale positieve ladingsdichtheid van de ionen).

Een oplossing zou kunnen zijn om een ​​gepulseerde gelijkstroom in een magnetostrictief materiaal bij resonantie te gebruiken, wat het mogelijk zou maken om gesynchroniseerde ladingsoscillaties te verkrijgen (zwak in wisselwerking met de elektronenparen en dus met minder elektrische weerstand) met een grote amplitude die in staat is een maximaal aantrekkingseffect van elektronenparen (die coherent zouden bewegen) met het kristalrooster.

Het probleem is dat tegelijkertijd het magnetostrictieve effect de warmteafvoer verhoogt.

Om het probleem op te lossen, zou het systeem in staat moeten zijn om de overtollige geproduceerde warmte te absorberen door de totale energie en entropie te verminderen.

Men kan zich ook het bestaan ​​voorstellen van andere supergeleidende mechanismen, bijvoorbeeld met spin-fonon-interacties om elektronische afstoting te verminderen.

[izentrop]

Hallo,
Hoge temperatuur, het is - 165 ° en het vertrappelt http://www.supraconductivite.fr/fr/inde ... -materiaux

Ik denk niet dat we ooit bij kamertemperatuur tot supergeleiding zullen komen, omdat we nooit iets voor niets hebben gehad.

De energie die moet worden verbruikt om bijvoorbeeld de LHC te laten werken, is duizelingwekkend. https://home.cern/fr/about/engineering/ ... erformance

[actinium89]

Tenzij er nieuwe materialen met revolutionaire eigenschappen worden ontdekt, moet worden gevreesd dat de weg die moet worden afgelegd om supergeleiding bij kamertemperatuur te bereiken, nog erg lang zal zijn.

CERN, met een gigantische magneet die een magnetisch veld van meer dan 16 Tesla genereert, bedoeld om zijn toekomstige versnellers uit te rusten, heeft het record op het gebied van supergeleidende dipoolmagneten (vgl. https://home.cern/fr/about/updates/2015/11/test-racetrack-dipole-magnet-produces-record-16-tesla-field)

Supergeleidend bij kamertemperatuur zou het mogelijk maken om grotere hoeveelheden elektriciteit op te slaan in lichte supergeleidende ringen met een kleine voetafdruk en zo de zware batterijen met korte autonomie te vervangen waarmee huidige elektrische voertuigen zijn uitgerust. Maar één probleem blijft: dat van het opladen van de batterijen. Het is moeilijk in te zien hoe het huidige elektriciteitsnet de pieken in het verbruik zou kunnen opvangen als tussen 18 en 20 uur de mensen die thuiskomen van het werk hun elektrische voertuig zouden aansluiten op hun persoonlijke laadpaal.
Moeten we nieuwe kerncentrales bouwen, de capaciteit van wind- en fotovoltaïsche parken aanzienlijk vergroten?
Zal de democratisering van elektrische voertuigen, die door velen wordt bepleit om de problemen van luchtverontreiniging op te lossen, geen problemen opleveren voor de energietransitie?

[izentrop]

Het is moeilijk in te zien hoe het huidige elektriciteitsnet de pieken in het verbruik zou kunnen opvangen als tussen 18 en 20 uur de mensen die thuiskomen van het werk hun elektrische voertuig zouden aansluiten op hun persoonlijke laadpaal.

Het is niet meer hetzelfde onderwerp.

Het is niet onoverkomelijk... Als tegelijkertijd de fotovoltaïsche energie krachtiger wordt, zullen er aangepaste incentivetarieven en oplaadterminals in de buurt van de werkplekken nodig zijn.