Kas yra aukštos temperatūros superlaidininkas?

Aukštos temperatūros superlaidininkas (HTS) yra medžiaga, kuri demonstruoja superlaidumo elektrines savybes, viršijančias helio skystosios būsenos temperatūrą. Manoma, kad šis temperatūros diapazonas nuo -452° iki -454° Farenheito (nuo -269° iki -270° Celsijaus) yra teorinė superlaidumo riba. Tačiau 1986 m. JAV mokslininkai Karlas Mulleris ir Johannesas Bednorzas atrado grupę aukštos temperatūros superlaidininkų junginių, kurių pagrindas yra varis. Šie kupratai, tokie kaip itrio bario vario oksidas, YBCO7, lantano stroncio vario oksido, LSCO, ir gyvsidabrio vario oksido HgCuO variantai, pasižymėjo superlaidumu net -256° Farenheito (-160° Celsijaus) temperatūroje.

Muller ir Bednorz atrado Nobelio fizikos premiją 1987 m., abiem tyrinėtojams, tačiau ši sritis toliau vystėsi. Vykstant 2008 m. tyrimui, buvo sukurta nauja superlaidumo junginių klasė, pagrįsta geležies ir arseno elementais, pavyzdžiui, lantano oksidas, geležies arsenas, LaOFeAs. Pirmą kartą jį kaip aukštos temperatūros superlaidininką pademonstravo medžiagų mokslo tyrinėtojas Japonijoje Hideo Hosono, esant -366° Farenheito (-221° Celsijaus) temperatūros diapazonui. Kiti reti elementai, sumaišyti su geležimi, tokie kaip ceris, samaris ir neodimis, sukūrė naujus junginius, kurie taip pat parodė superlaidžias savybes. Aukštos temperatūros superlaidininko rekordas 2009 m. buvo pasiektas naudojant junginį, pagamintą iš talio, gyvsidabrio, vario, bario, kalcio, stroncio ir deguonies, kuris demonstruoja superlaidumą -211° Farenheito (-135° Celsijaus) temperatūroje.

Nuo 2011 m. aukštatemperatūrinių superlaidininkų tyrimų krypties dėmesys buvo skiriamas medžiagų mokslo geresnių junginių inžinerijai. Kai superlaidžioms medžiagoms buvo pasiekta -211° Farenheito (-135° Celsijaus) temperatūra, tai leido ištirti jų savybes esant skystam azotui. Kadangi skystas azotas yra įprastas ir stabilus daugelio laboratorinių aplinkų komponentas ir egzistuoja -320° Farenheito (-196° Celsijaus) temperatūroje, naujų medžiagų bandymai tapo daug praktiškesni ir plačiai paplitę.

Norint, kad superlaidumo technologija būtų naudinga įprastinei visuomenei, vis dar reikia medžiagų, kurios gali veikti beveik kambario temperatūroje. Kadangi superlaidininkai tiesiogine prasme neturi pasipriešinimo elektros srautui, srovė gali praeiti per superlaidų laidą beveik neribotą laiką. Tai leistų sumažinti energijos suvartojimą visiems elektros poreikiams, o taip pat tokius įrenginius padaryti itin greitus, palyginti su standartinėmis elektronikos technologijomis. Galingi magnetai būtų prieinami prieinamiems magnetinės levitacijos traukiniams, medicinos reikmėms ir sintezės energijos gamybai. Be to, tokios superlaidininkinės technologijos galėtų apimti kvantinių kompiuterių kūrimą, galinčius šimtus milijonų kartų greičiau apdoroti duomenis nei tie, kurie buvo 2011 m.