Υπεραγώγιμα υλικά που βρέθηκαν σε μετεωρίτες
ΛΟΣ ΑΝΤΖΕΛΕΣ, ΚΑΛΙΦΟΡΝΙΑ— Οι μετεωρίτες μερικές φορές περιέχουν φυσικούς υπεραγωγούς, υλικά που άγουν τον ηλεκτρισμό χωρίς καμία αντίσταση, ανακάλυψε μια ομάδα φυσικών. Το αποτέλεσμα, που αναφέρθηκε εδώ σήμερα στην ετήσια συνάντηση του Μαρτίου της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας, δεν θα φέρει επανάσταση στην κατανόηση των επιστημόνων για το ηλιακό σύστημα, αλλά θα μπορούσε να δημιουργήσει ελπίδες για την εύρεση ενός υλικού που είναι υπεραγωγός σε θερμοκρασία δωματίου - το οποίο θα μπορούσε ενδεχομένως να οδηγήσει σε τεχνολογικές καινοτομίες, όπως μαγνητικά αιωρούμενα τρένα.
"Ακούγεται σαν να βρήκαν κάτι και να το απομόνωσαν", λέει ο Johnpierre Paglione, ένας φυσικός συμπυκνωμένης ύλης στο Πανεπιστήμιο του Maryland στο College Park, του οποίου η ομάδα εξετάζει τα φυσικά ορυκτά της γης.
Οι συμβατικοί υπεραγωγοί αποτελούνται από απλά μέταλλα, όπως το νιόβιο, ο μόλυβδος ή ο υδράργυρος, τα οποία γίνονται υπεραγώγιμα όταν ψύχονται κάτω από μια χαρακτηριστική «κρίσιμη θερμοκρασία» κοντά στο απόλυτο μηδέν—4,2 Κ στην περίπτωση του υδραργύρου. Το 1986, οι φυσικοί ανακάλυψαν μια οικογένεια ενώσεων που περιέχουν χαλκό που υπεραγώγουν σε θερμοκρασίες έως και 134 K (–139°C) - ένα φαινόμενο γνωστό ως υπεραγωγιμότητα υψηλής θερμοκρασίας του οποίου η προέλευση παραμένει ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια στην επιστήμη. Πιο πρόσφατα, οι ερευνητές ανακάλυψαν μια οικογένεια υπεραγωγών με βάση το σίδηρο υψηλής θερμοκρασίας και υπάρχουν επίσης μυριάδες άλλοι εξωτικοί υπεραγωγοί.
Αν και πολλοί επιστήμονες προσπαθούν να συνθέσουν νέους υπεραγωγούς σχεδιάζοντας συγκεκριμένες ιδιότητες από την ατομική κλίμακα και πάνω, μια ομάδα με επικεφαλής τον Ivan Schuller, έναν φυσικό συμπυκνωμένης ύλης στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο (UCSD), αποφάσισε να εξετάσει υπάρχοντα υλικά, ξεκινώντας από τους μετεωρίτες. . «Υπάρχουν όλα αυτά τα υλικά που έχει δώσει ο Θεός», λέει ο Schuller. "Γιατί να μην τους κοιτάξετε; "Οι μετεωρίτες σχηματίζονται κάτω από ακραίες θερμοκρασίες και πιέσεις πέρα από τις δυνατότητες οποιουδήποτε εργαστηρίου στη Γη. Έτσι, είναι εύφορα μέρη για αναζήτηση εξωτικών νέων ενώσεων, λέει ο Schuller.
Το πιο σίγουρο σημάδι υπεραγωγιμότητας είναι μια ξαφνική βύθιση στο μηδέν της ηλεκτρικής αντίστασης όταν η θερμοκρασία πέσει κάτω από ένα κρίσιμο όριο. Αλλά ένας υπεραγωγός έχει επίσης περίεργες μαγνητικές ιδιότητες:Μπορεί να απωθήσει ένα εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο εάν δεν είναι πολύ ισχυρό επειδή τα ρεύματα ελεύθερης ροής, που στροβιλίζονται μέσα στο υλικό, παράγουν ένα πεδίο που ακυρώνει το εφαρμοζόμενο. Το φαινόμενο είναι γνωστό ως φαινόμενο Meissner, και οι φυσικοί προσπαθούν επίσης να βρουν νέους υπεραγωγούς αναζητώντας το, ειδικά σε ετερογενή δείγματα που είναι διάστικτα μόνο με κομμάτια υπεραγωγού και στα οποία η αντίσταση δεν μηδενίζεται ποτέ.
Ωστόσο, αυτή η τεχνική δεν είναι αρκετά ευαίσθητη για να αναζητήσει πολύ μικρή ποσότητα υπεραγωγού, λέει ο Schuller. Έτσι, η ομάδα του έκανε μια ανατροπή για να ενισχύσει αποτελεσματικά το σήμα. Τόσο πάνω όσο και κάτω από την κρίσιμη θερμοκρασία του, ένας υπεραγωγός μπορεί να απορροφήσει μικροκύματα, αλλά ακριβώς στη μετάβαση η απορρόφηση αλλάζει.
Για να αναζητήσει υπεραγωγιμότητα, η ομάδα του Schuller τοποθέτησε ένα μικρό δείγμα μέσα σε μια κοιλότητα που αντλείται με ακτινοβολία μικροκυμάτων. Οι επιστήμονες εφάρμοσαν τόσο ένα ισχυρό σταθερό μαγνητικό πεδίο όσο και ένα μικρό ταλαντούμενο μαγνητικό πεδίο. Όταν ψύχουν έναν υπεραγωγό μέσω της κρίσιμης θερμοκρασίας του, η απορρόφηση αλλάζει δραματικά, εξηγεί ο James Wampler, μεταπτυχιακός φοιτητής στο UCSD που παρουσίασε τα αποτελέσματα στη συνάντηση. Το σήμα ενισχύεται σημαντικά, εξηγεί, καθώς το ταλαντούμενο μαγνητικό πεδίο οδηγεί το υλικό μέσα και έξω από την υπεραγωγιμότητα. Η τεχνική είναι περίπου 1000 φορές πιο ευαίσθητη από τις συμβατικές μαγνητικές μετρήσεις, λέει ο Wampler.
Οι ερευνητές επικύρωσαν την τεχνική τους σε χιλιάδες δείγματα υλικών, λέει ο Schuller. Και τώρα, το έχουν εφαρμόσει σε μικρά δείγματα που ξύστηκαν από τις επιφάνειες 16 διαφορετικών μετεωριτών, είπε ο Wampler στη συνάντηση. Βρήκαν στοιχεία υπεραγωγιμότητας σε δείγματα από δύο από αυτούς τους μετεωρίτες:τον μετεωρίτη Mundrabilla, ένα κομμάτι σιδήρου 9980 κιλών που ανακαλύφθηκε στο αυστραλιανό Outback το 1911 και τον Graves Nunataks, έναν ανθρακούχο μετεωρίτη που βρέθηκε στην Ανταρκτική το 1995.
Μόλις οι ερευνητές βρήκαν το θετικό μαγνητικό σήμα, πείραξαν οπτικά τους διαφορετικούς τύπους κόκκων σε κάθε δείγμα σε σκόνη και χρησιμοποίησαν φασματοσκοπία ακτίνων Χ για να αναγνωρίσουν τα υλικά στους κόκκους που ήταν υπεραγώγιμα. Ο υπεραγωγός στον μετεωρίτη Grave Nunataks είναι ένα κράμα ινδίου και κασσίτερου, λέει ο Wampler. Αυτός στον μετεωρίτη Mundrabilla φαίνεται να είναι ένα κράμα ινδίου, κασσίτερου και πιθανώς μολύβδου. Και οι δύο είναι γνωστοί υπεραγωγοί που έχουν κρίσιμες θερμοκρασίες γύρω στους 5 Κ.
Παρόλο που οι υπεραγωγοί δεν είναι εξωτικοί, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η υπεραγωγιμότητα είναι πανταχού παρούσα στο σύμπαν, λέει ο Wampler "Αν αυτό είναι στους μετεωρίτες, είναι παντού", λέει. Αρνείται να κάνει εικασίες σχετικά με τις συνέπειες για την αστροφυσική, αλλά σημειώνει «υπάρχουν πολλά μέρη στο σύμπαν ψυχρότερα από 5 Κ». Οι μετεωρίτες δημιουργούνται σε πιέσεις και θερμοκρασίες που υπερβαίνουν τις εργαστηριακές συνθήκες, σημειώνει ο Wampler, επομένως η τελική ελπίδα είναι ότι μπορεί να περιέχουν υπεραγώγιμες ενώσεις άγνωστες στον άνθρωπο.
Ο Paglione συμφωνεί ότι το πεδίο πρέπει να βρει νέα υλικά. "Υπάρχει μια κοινότητα ανθρώπων που ψάχνει για νέα υλικά", λέει, "αλλά είναι ένα σημείο συμφόρησης."
*Διόρθωση, 7 Μαρτίου, 11:51 π.μ.: Η ιστορία έχει ενημερωθεί για να είναι σαφές ποιοι τύποι δειγμάτων Ivan Schuller και Ο Johnpierre Paglione έχει σπουδάσει.
