To tworzywo wymyka się logice. Efektem będzie ekstremalnie tani prąd
Przełom w fascynującym świecie nadprzewodników. Czy wiecie, że w niektórych materiałach elektrony mogą poruszać się bez oporu? To prosta droga do bardzo taniej energii elektrycznej.
Czym są nadprzewodniki i jak zmiana ta może wpłynąć na nasze codzienne życie? Nadprzewodniki to nie sztuka dla sztuki powstająca w laboratoriach naukowców, ale rzecz, która realnie może odmienić naszą rzeczywistość.
Nadprzewodniki to niesamowite materiały, które przewodzą prąd elektryczny bez żadnego oporu. To oznacza, że energia elektryczna może przepływać przez nie z prędkością światła, nie powodując strat na drodze.
Nadprzewodniki w temperaturze pokojowej to święty Graal fizyki
Niestety, większość nadprzewodników działa tylko w bardzo niskich temperaturach, bliskich zera absolutnego (-273,15 stopni Celsjusza). Takie warunki są bardzo trudne do osiągnięcia, co ogranicza ich zastosowanie w praktyce.
Nadprzewodnik działający w temperaturze pokojowej, od dawna jest świętym Graalem fizyki materiałów. Gdyby udało się go opracować, nasze życie i społeczeństwo zostałyby całkowicie zmienione, ponieważ na przykład moglibyśmy znacznie wydajniej przesyłać energię elektryczną i znacznie taniej uruchamiać pociągi magnetyczne
Wizja jest faktycznie fantastyczna i jej realizacja wpłynęłaby na życie każdego z nas. Wyobraźcie sobie tylko taki prąd. Naprawdę bardzo tani. A wraz z nim tańsze wszystko, co tylko oparte o energię elektryczną. W związku z tym, że współczesne społeczeństwo uzależnione jest od elektryczności, taki wynalazek faktycznie byłby epokowym przełomem, który wpłynąłby na rozwój ludzkości.
Grafen i fizyka kwantowa
No dobrze, ale jak to miałoby w ogóle działać? Tu na scenę cała na biało wkracza fizyka kwantowa z całym swoim bagażem niesamowitości i paradoksów. Lepiej zapnijcie pasy, bo najbliższe akapity to prawdziwy akrobatyczny popis fizyki kwantowej.
W konwencjonalnym metalu za przewodnictwo odpowiada średnia prędkość elektronów. Tymczasem naukowcy z USA odkryli nowy mechanizm powstawania nadprzewodnictwa w materiale, w którym prędkość elektronów jest prawie zerowa.
W ich badaniach zastosowano grafen, który jest warstwą atomów węgla ułożonych w charakterystycznym wzorze plastra miodu. W warstwach skręconego grafenu, czyli dwóch warstwach nakładających się na siebie, prędkość elektronów zbliża się do zera. To zjawisko jest sprzeczne z intuicją, ponieważ w nadprzewodnikach to właśnie szybkość przepływu prądu jest kluczowa.
Jak to możliwe, że w skręconym grafenie, gdzie elektrony poruszają się bardzo powoli, w ogóle może dojść do przepływu prądu elektrycznego, a tym bardziej do nadprzewodnictwa?
Badania wykazały, że to nie prędkość, ale geometria kwantowa jest odpowiedzialna za powstawanie nadprzewodnictwa w skręconym grafenie. Geometria kwantowa to zjawisko, w którym właściwości fizyczne materii są opisywane za pomocą matematycznych równań i pojęć geometrycznych. To podejście pozwala naukowcom na opisanie i przewidywanie właściwości materii, które nie mają odpowiedników w naszej codziennej percepcji.
Badania przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Teksasu oraz Uniwersytetu Ohio dostarczyły istotnych wskazówek na temat tego, jak można uzyskać nadprzewodnictwo w materiałach z prawie "zamrożonymi" elektronami.