Superkonduktor chegaruvlari ortidan o'tib ketayotgan "Tezkor" texnika

Qani, men sizga fizika olamidagi haqiqatdan ham hayajonli narsa haqida aytib berishim kerak, va va'da beraman: hatto kimyo darsida diqqat bilan eshitmagan bo'lsangiz ham, men buni tushunarli qilib tushuntiraman.

Superkonduktorlar, asosan, materialshunoslikning "rok-yulduzlari"dir. Agar siz ma'lum bir materiallarni nihoyatda sovuq haroratgacha (kosmosdagi sovuqlikdan ham pastroq) sovitsangiz, sehrli hodisa yuz beradi: elektr qarshiligi haqiqiy nolga tushib ketadi. Nol! Bu degani, elektr toki energiya yo'qotmasdan, ular orqali abadiy oqib o'tishi mumkin. Hech qanday issiqlik yo'q, isrof yo'q, faqat sof va mukammal oqim.

Odatda, elektronlar xuddi tirishgan haydovchilar kabi bo'ladi — ular gavjum magistral orqali o'tishga harakat qiladi. Ular atomlarga uriladi, energiya yo'qotadi, issiqlik chiqaradi va umumiy holda "tirbandliklar" hosil qiladi. Ammo superkonduktorlarda elektronlar "Kuper juftliklari" deb ataladigan narsaga birlashadi va sinxron harakatlanishni boshlaydi — xuddi tartibsiz individual raqqoslar emas, balki mukammal koreografiya qilingan raqs guruhidek.

Muammo nimada?

Biroq, bu superkonduktorlarning bir zaif tomoni bor. Ularning chidashi mumkin bo'lgan elektr toki miqdori cheklangan. Olimlar buni "kritik tok" deb atashadi — buni materialning qiyinchiliklarga duch kelishidan oldingi maksimal ish yuklamasi deb tasavvur qiling.

Ko'p hollarda superkonduktorlar fundamental fizik chegara tufayli ishdan chiqmaydi. Ular vortekslar deb ataladigan narsa tufayli ishdan chiqadi — bular material ichiga magnit maydonlari kirib o'tadigan kichik hududlardir. Agar siz juda ko'p tok o'tkazsangiz, ushbu vortekslar harakatlana boshlaydi, ishqalanish va issiqlik hosil qiladi va oxir-oqibat butun tizim buziladi.

Bu xuddi juda silliq muz maydoniga o'xshaydi, faqat kimdir u yerga siz juda tez harakat qilganingizda sizni sekinlashtiradigan yopishqoq dog'larni sochib yuborgan.

Aqlli yechim

Mana shu yerda ish qiziq bo'lib boradi (so'z o'yinini nazarda tutgan holda).

Max Planck Instituti jamoasi "aldashga" qaror qildi. Tokni superkonduktor orqali sekin o'tkazish o'rniga, ular unga nihoyatda qisqa elektr impulslari bilan zarba berishdi — biz pikosekundlar haqida gapiryapmiz. Pikosekund — bu soniyaning bir trilliondan bir qismi. Ma'lumot uchun: ko'z ochib yumguncha o'tadigan vaqtda taxminan 30 trillion pikosekund bor.

Mantiq qanday? Vortekslar faqat ma'lum bir tezlikda (sekundiga o'nlab kilometr) harakatlana oladi va pikosekund ichida ular deyarli qimirlamaydi — biz atigi nanometrlar masofasi haqida gapiryapmiz. Elektr impulsi shunchalik qisqa vaqt ichida berilganligi sababli, tadqiqotchilar vortekslar muammo tugatishga ulgurmasidan oldin tok kuchini ekstremal darajaga ko'tarishlari mumkin bo'ldi.

Asosiy muallif Eryin Wang buni juda aniq tasvirlagan: "Bizning strategiyamiz vorteks dinamikasidan o'zimiz tezroq harakatlanish edi."

Bu xuddi siz minali maydon bo'ylab shunchalik tez yugurib o'tishingizga o'xshaydi, toki minalar portlashga ulgurmasin. Texnik jihatdan siz hali ham xavfli hududda yurgansiz — shunchaki to'siqlarga faollashishga imkon bermayapsiz.

Ikki material, ikki butunlay boshqacha xarakter

Tadqiqotchilar ushbu "tezkor" usulga qanday javob berishini bilish uchun ikkita turli superkonduktorni sinovdan o'tkazdilar: NbN va YBCO.

NbN o'zini juda aniq sinish nuqtasiga ega insondek tutdi. U ma'lum bir chegara ko'payguncha superkonduktiv holatda qoldi — va keyin to'satdan, keskin to'xtadi. Kuper juftliklari deyarli bir vaqtning o'zida parchalandi. Bu xuddi haddan tashqari kuchlanish ostida ipning oxirida uzilishiga o'xshash keskin va qat'iy yetishmovchilik edi.

YBCO esa, aksincha, sekinlashib boruvchi pasayishni ko'rsatdi. Tok kuchaygan sari uning superkonduktivligi bosqichma-bosqich zaiflashib bordi. Buning sababi shundaki, YBCO murakkab ichki tuzilishga ega — uning superkonduktiv xususiyatlari qaysi yo'nalishda o'lchayotishingizga qarab o'zgaradi, xuddi yog'ochning tolali yo'nalishi bo'ylab boshqa, to'g'ri kesilgan joyiga qarshi kuchliroq bo'lgani kabi.

Bu nima uchun muhim?

Eng qiziq jihati shundaki: ushbu ultracha tezkor impulslardan foydalanish orqali olimlar endi superkonduktivlikning haqiqiy fundamental chegaralariga — "juftlikni parchalash toki" (depairing current) deb ataladigan nuqtaga — erisha oladilar. Bu vortekslar muammo tugatadigan nuqta emas, balki Kuper juftliklarining o'zi parchalana boshlaydigan nuqtadir.

Buni tushunish barcha turdagi ilovalar uchun yaxshiroq superkonduktorlarni yaratishga olib kelishi mumkin: kuchliroq MRT apparatlari, tezkor kvant kompyuterlari, samaraliroq elektr uzatish liniyalari va hatto magnit maydonida suzib yuruvchi maglev poyezdlari.

Biz shunchaki mavjud materiallarni yanada kuchaytirmayapmiz — biz uzoq vaqt davomida bizning qo'limizdan yetmayotgan butunlay yangi fizikani kashf etyapapmiz.

Va rostini aytsak? Bu juda ham hayajonli.

Manba: ScienceDaily