Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Сверхпроводники известны тем, что существуют при низких температурах, но у них также есть скрытый верхний предел, который, как предполагают учёные, может включать комнатную температуру.
Сверхпроводники – это материалы, способные изменить многое: от здравоохранения до передачи энергии и квантовых вычислений. Но есть одна загвоздка – они работают при крайне низких температурах (близких к абсолютному нулю).
Это ограничение не позволяет нам полностью использовать их потенциал. Чтобы решить эту проблему, учёные активно работают над созданием более высокотемпературных сверхпроводников, но часто задаются вопросом: существует ли верхний температурный предел для сверхпроводимости?
Ответ на этот вопрос имеет решающее значение для определения того, действительно ли сверхпроводимость может существовать при комнатной температуре. Например, если теоретический верхний предел существует ниже комнатной температуры, то достижение сверхпроводимости при комнатной температуре будет принципиально невозможно.
Группа исследователей из Лондонского университета королевы Марии нашла ответ на этот вопрос. В своём новом исследовании они раскрывают факторы, влияющие на верхний предел, и максимальный диапазон температур, подходящий для сверхпроводимости.
Сила фундаментальных констант
Авторы исследования пролили свет на роль фундаментальных физических констант, как масса электрона, постоянная Планка (h), заряд электрона и постоянная тонкой структуры (α).
Уже известно, что эти константы «управляют всем – от стабильности атомов до формирования звёзд, синтеза углерода и других элементов, необходимых для жизни». Например, в любом твёрдом теле атомы колеблются вокруг фиксированных положений из-за тепловой энергии.
Скорость этих колебаний зависит от двух ключевых факторов: прочности связей и атомной массы. Оба фактора определяются квантовой механикой и электромагнетизмом, которые управляются фундаментальными константами.
Проанализировав, как константы влияют на взаимодействие атомов, авторы исследования обнаружили, что эти константы накладывают строгий верхний предел на скорость колебаний атомов в твёрдых материалах.
Это означает, что существует максимально возможная частота для фононов, которые представляют собой коллективные колебания атомов в материале.
Во многих сверхпроводниках фононы играют решающую роль в объединении электронов в пары (пары Купера), обеспечивая сверхпроводимость. Частота фононов влияет на прочность этого спаривания и, в свою очередь, определяет максимально возможную температуру (TC), при которой может возникнуть сверхпроводимость.
Поскольку фундаментальные константы накладывают верхний предел на частоту фононов, они также накладывают теоретическое ограничение на то, насколько высокой может быть TC в сверхпроводниках.
Это означает, что верхний предел температуры сверхпроводимости TC неразрывно связан с фундаментальными константами природы – массой электрона, зарядом электрона и постоянной Планка.
Какой верхний предел сверхпроводимости
Используя фундаментальные константы, авторы исследования определили, что сверхпроводимость может существовать при температуре от 100 до 1000 Кельвинов (-173 до 727 °C); этот верхний предел для ТС включает стандартные значения комнатной температуры, лежащие в диапазоне от 293 до 298 К (от 20 до 25 °C).
«Тот факт, что комнатно-температурная сверхпроводимость теоретически возможна, учитывая константы нашей Вселенной, обнадёживает. Это призыв продолжать исследования, эксперименты и расширять границы возможного», – говорят исследователи. Их выводы были подтверждены отдельной исследовательской работой.
Поделись видео: