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Ein seltsames Element fordert heraus, was wir über Supraleitung wissen

Ein seltsames Element fordert heraus, was wir über Supraleitung wissen

Eines der unerwartetsten periodischen Elemente hat gerade unser Verständnis von supraleitenden Materialien in Frage gestellt. Diese jüngste Entdeckung in Indien hat Wissenschaftler dazu gebracht, die Supraleitung zu überdenken. Wismut, eines der am seltsamsten aussehenden Elemente, kann beim Abkühlen auf etwas über den absoluten Nullpunkt zu einem Supraleiter werden (Elektrizität ohne Widerstand leiten).

[Mit freundlicher Genehmigung von Wikimedia]

Die derzeitige 40 Jahre alte Theorie der Supraleitung geht davon aus, dass supraleitende Materialien frei fließende Elektronen haben. Wismut hat jedoch ein Elektron pro 100.000 Atome.

"Im Allgemeinen haben Verbindungen mit Supraleitung ungefähr ein mobiles Elektron pro Atom", sagte Srinivasan Ramakrishnan vom Tata Institute of Fundamental Research in IndienWelt der Chemie.

"In Wismut wird jedoch ein mobiles Elektron von 100.000 Atomen geteilt - da die Trägerdichte so gering ist, glaubten die Menschen nicht, dass Wismut supraleitend sein wird."

Das Team musste die Supraleitung von Wismut bestätigen. Sie kühlten die Kristalle des Elements, während sie sie vom äußeren Magnetismus entfernten. Sie unterkühlten die Kristalle auf ungefähr -273 Grad Celsius, wo das Team den Meißner-Effekt beobachtete. Wismut (das supraleitende Material) löschte sein eigenes inneres Magnetfeld aus.

Die grundlegende Supraleitungstheorie besagt, dass sich Elektronen zusammenschließen, um den Widerstand gegen ihren Fluss zu beseitigen, dank der Elektronen, die mit den Ionen des Materials interagieren. Diese Theorie, Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) -Theorie genannt, arbeitet mit Materialien mit einer Fülle frei schwebender Elektronen. Mit seinem geringen Verhältnis von Elektronen zu Atomen bricht Wismut dieses Verständnis.

Für das Team verändert die Entdeckung das Spiel, zumal die aktuelle Theorie nicht erklären kann, was das Team berichtet hat.

"Es ist eindeutig eine wegweisende Entdeckung in der Geschichte der Supraleitung ... da sie einen neuen Mechanismus für Supraleiter rechtfertigt", sagte Ramakrishnan. "Man kann erwarten, neue Supraleiter herzustellen, sobald die neue Theorie bekannt ist."

Wismut selbst ist ein seltsames Element, was sich in seinem ungewöhnlichen Aussehen und seinen seltsamen magnetischen Eigenschaften zeigt

"Ein gutes globales Bild fehlt", um Wismut zu erklären, sagte der theoretische Physiker Ganapathy Baskaran vom Institut für Mathematische Wissenschaften in Chennai, Indien. "Ich denke, es ist nur eine Spitze eines Eisbergs."

Wismut verbindet nur wenige andere Elemente mit niedrigen Elektronenträgerdichten, die supraleiten können. Für andere Forscher auf diesem Gebiet könnte dieser Befund zu einer völlig neuen Klassifizierung der Materialien führen.

"Es gibt ein oder zwei andere Systeme mit sehr geringer Elektronenträgerdichte, die supraleitend werden - diese wurden immer als Ausnahme angesehen", sagte James Arnett, Supraleiterexperte und Leiter der Physik an der Universität Bristol. "Es wäre interessant zu sehen, ob dies Teil einer breiteren Klasse supraleitender Materialien mit niedriger Trägerdichte ist."

Die Frage der Supraleitungstheorie in Frage zu stellen, ist jedoch nicht ausschließlich für diese neue Erkenntnis. Eine Studie der University of Houston vom April 2016 schloss eine Studie ab, die dem kritischen Zustandsmodell von Bean direkt widerspricht. Die Ergebnisse legen nahe, dass es Eigenschaften jenseits der Unterkühlung und große Mengen magnetischer Energie gibt, um supraleitende Materialien zu erleichtern.

Das ultimative Ziel bei Supraleitern wäre es, einen zu finden, der bei Raumtemperatur funktioniert. Dieses Material könnte gewöhnliches Metall ersetzen und Tonnen von Energie sparen. Es könnte sogar zu fortschrittlicheren Supercomputern beitragen.

Um die Grundlagen der Supraleitung besser zu verstehen, sehen Sie sich dieses Video mit freundlicher Genehmigung von Techquickie an.

SIEHE AUCH: Es kann Fehler in der Supraleitertheorie geben

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