Сверхпроводимость и квантовый замок.⁠⁠

Сейчас я хочу рассказать вам о том, что такое сверхпроводники 2-го типа и зачем они нужны.

Сверхпроводимость - это состояние вещества, при котором оно теряет абсолютно все внутреннее сопротивление. До 50-х годов 20-го века ученые для своих исследований использовали так называемые сверхпроводники 1-го типа, то есть те вещества и металлы, которые приобретали свойства сверхпроводимости только при температурах жидкого гелия (от 4 до 20 Кельвин = от минус 269 до -253  градусов по Цельсию.)

Позже, начали появляться так называемые высокотемпературные сверхпроводники, которые теряли свое сопротивление уже при более высоких по меркам физиков температурах  - около  минус 196 градусов по Цельсию, то есть при температуре кипения жидкого азота, который в десятки раз дешевле жидкого гелия.

Эти вещества стали называть сверхпроводниками 2-го типа. Одним из таких соединений является керамика из оксидов иттрия, меди и бария, с составом YBa2Cu3O7−x и сокращенно называется YBCO. Впервые эту керамику получили в университете Алабамы, США в 1987 году. Сегодня этот тип керамики наиболее распространен среди сверхпроводников,  с недавних пор его изготавливает и российская компания Русский сверхпроводник по немецким патентам. Получают данные сверхпроводники путем спекания оксидов иттрия, бария и меди при температуре 950 градусов в течение 12 часов, после чего полученную смесь измельчают. Далее, измельченную смесь прессуют в таблетки и спекают еще 12 часов при температуре 950 градусов с подачей в печь чистого кислорода. После, смесь охлаждают со скоростью 100 градусов в час или еще медленнее, для создания тех кристаллов внутри керамики.

Если такую керамику охладить до температуры жидкого азота, а потом поднести к ней мощный неодимовый магнит, то в сверхпроводнике начнут образовываться так называемые токи Фуко, проще говоря сверхпроводник образует свое собственное магнитное поле, схожее по силе с полем магнита. В результате магнит может левитировать над сверхпроводником, это эффект называют квантовым замком. На фото видна визуализация силовых линий магнита и сверхпроводника.

Сегодня свойства высокотемпературной сверхпроводимости применяют во многих областях. К примеру, керамику с немного другим составом (Bi2Sr2Can−1CunO2n+4+x) применяют в большом Коллайдере для создания крайне мощных магнитных полей. YBCO сверхпроводником покрывают гибкие ленты, которые могут использоваться в токамаках, то есть в реакторах термоядерного синтеза для поддержания нужной энергии.

Кроме этого, всеми известные МРТ сканеры тоже используют свойства сверхпроводимости для создания мощнейших магнитных полей, хотя вместо дорогой керамики (цена кусочка YBCO размером 4х4х1см равна 200 евро), в  МРТ используют охлаждаемый жидким гелием сплав ниобия и олова - тоже сверхпроводники 2-го типа.

Если хотите увидеть больше про сверхпроводники - можете посмотреть это видео: