Теги → сверхпроводник

Для стыковки космических аппаратов предложено применять сверхпроводящую пену

Коллектив исследователей из России, Германии и Японии предлагает использовать в космических разработках специализированную сверхпроводящую пену.

Сверхпроводники — материалы, электрическое сопротивление которых исчезает при понижении температуры до определённой величины. Обычно габариты сверхпроводников ограничены 1–2 см. Более крупный образец может потрескаться или потерять свои свойства, что делает его непригодным для использования. Эту проблему решило создание сверхпроводящей пены, которая состоит из пустых пор, окружённых сверхпроводником.

Применение пены позволяет формировать сверхпроводники практически любых размеров и формы. Но свойства такого материала до конца не изучены. Теперь международный коллектив учёных доказал, что большой образец сверхпроводящей пены имеет стабильное магнитное поле.

О выполненной работе рассказал Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук» (ФИЦ КНЦ СО РАН). Специалисты установили, что крупные образцы сверхпроводящей пены имеют стабильное, однородное и достаточно сильное магнитное поле, которое распространяется со всех сторон материала. Это позволяет ей проявлять такие же свойства, как и у обычных сверхпроводников.

Таким образом, для данного материала открываются новые области применения. К примеру, пена могла бы использоваться в устройствах стыковки космических кораблей и спутников: управляя магнитным полем в сверхпроводнике, можно контролировать причаливание, стыковку и отталкивание.

«За счёт образуемого поля она [пена] также может применяться в качестве магнитов для сбора мусора в космосе. В дополнение, пену можно использовать как элемент электродвигателей или источник магнитной связи в линиях электропередач», — говорится в публикации ФИЦ КНЦ СО РАН. 

Российские учёные предложили новый тип ячеек памяти на основе сверхпроводников

Группа специалистов из Московского физико-технического института (МФТИ) и Московского государственного университета (МГУ) предложила новую технологию создания сверхбыстрой памяти.

Исследования проводились под руководством Александра Голубова, руководителя лаборатории квантовых топологических явлений в сверхпроводниках МФТИ. Учёные разработали принципиально новый тип ячеек памяти на основе сверхпроводников: такая память, как утверждается, может функционировать в сотни раз быстрее, чем распространённые сегодня типы запоминающих устройств.

Специалисты предлагают делать элементарные ячейки памяти на основе квантовых эффектов в «сэндвичах» сверхпроводник — диэлектрик (или другой материал) — сверхпроводник, предсказанных в 1960-е годы британским физиком Брайаном Джозефсоном. Электроны в таких «сэндвичах» (их называют «контактами Джозефсона») могут туннелировать из одного слоя сверхпроводника в другой, проходя сквозь диэлектрик.

Наибольший практический интерес в настоящее время представляют джозефсоновские контакты с использованием ферромагнетиков в качестве середины «сэндвича». В элементах памяти на их основе информация кодируется в направлении вектора магнитного поля в ферромагнетике. Но у таких схем есть два принципиальных недостатка: во-первых, невысокая плотность «упаковки» элементов памяти — на плату нужно наносить дополнительные цепи для подпитки ячеек при считывании или записи информации; а во-вторых, вектор намагниченности нельзя менять быстро, что ограничивает скорость записи.

Группа физиков из МФТИ и МГУ предложила кодировать данные в джозефсоновских ячейках в величине тока сверхпроводимости. Изучая контакты сверхпроводник — нормальный металл/ферромагнетик — сверхпроводник — барьер — сверхпроводник, учёные обнаружили, что при определённых продольных и поперечных размерах слоёв система может иметь два минимума энергии, а значит, находиться в одном из двух различных состояний. Эти два минимума можно использовать для записи данных — нулей и единиц.

Токи сверхпроводимости при считывании различных состояний ячейки памяти.  Чем больше ток — тем больше стрелка.

Токи сверхпроводимости при считывании различных состояний ячейки памяти. Чем больше ток — тем больше стрелка.

Для переключения системы из «нуля» в «единицу» и обратно предлагается использовать инъекционные токи, протекающие через один из слоёв сверхпроводника. Считывать же состояние можно с помощью тока, который проходит через всю структуру. Эти операции требуют в сотни раз меньше времени, чем измерения намагниченности или перемагничивания ферромагнетика.

«Предложенная нами схема работы ячейки памяти не требует затрат времени на процессы намагничивания и размагничивания. Благодаря этому операции чтения и записи занимают лишь сотни пикосекунд, в зависимости от материалов и геометрии конкретной системы, в то время как традиционные схемы требуют в сотни и даже тысячи раз больше времени», — отмечает господин Голубов. 

Немцы разработали сверхпроводник, работающий при –70°С

Сверхпроводимость впервые была замечена в металлах, охлажденных до температуры, близкой к абсолютному нулю. Далее стараниями учёных, перебиравших почти все подряд элементы таблицы Менделеева, были найдены такие сверхпроводники, которые работали в жидком азоте (это всё ещё слишком низкая температура –135 градусов Цельсия, но уже сравнительно просто достижимая). И это не предел! Исследователи из Германии сумели поставить новый рекорд — –70 °С для рабочего сверхпроводника. Примерно такую температуру мы уже можем встретить в полярных регионах.

Arstechnika

Arstechnika

Материал, использованный исследователями, не является обычным металлом из периодической таблицы. Учёные и сами ещё плохо изучили его структуру и характеристики. Создан он из сульфида водорода при экстремально высоких давлениях. При 50 гигапаскалях материал проявил свойства полупроводника. При увеличении давления до 96 гигапаскалей это уже металл. Если при таком давлении ещё и снизить температуру, то получим сверхпроводник.

SlideShare

SlideShare

Конечно, создать такое давление непросто. Но самое важное в этом достижении то, что учёные теперь получили хороший материал для исследования. Когда они изучат процессы, протекающие в этом материале, его характеристики и структуру, появится возможность создания материалов со схожими параметрами, не используя при этом таких экзотических условий, как огромное давление в десятки гигапаскалей.

Напомним, не так давно учёные добились сверхпроводимости при комнатной температуре. Правда, эффект длился всего несколько пикосекунд.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥