Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Magashőmésékleti szupravezetők és alkalmazásaik Kriza György, MTA SZFKI BME, 2010.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Magashőmésékleti szupravezetők és alkalmazásaik Kriza György, MTA SZFKI BME, 2010."— Előadás másolata:

1 Magashőmésékleti szupravezetők és alkalmazásaik Kriza György, MTA SZFKI BME, 2010

2 , március 20., péntek: "DISCOVERIES BRING A 'WOODSTOCK‘ FOR PHYSICS” "...the most extraordinary scientific meeting in memory” ''It's a phenomenon - there's never been anything like it in the history of physics'' The Woodstock of Physics 1986: Alex Bednorz és Georg Müller felfedezi a Cu-O alapú „magashőmérsékletű” szupravezetőket március 19., New York: Konferencia a magashőmérsékletű szupravezetőkről.

3 T c -történet Az alkalmazások szempontjából legfontosabb „A15” szerkezetű szupravezetők Ge Nb Magashőmérsékletű szupravezetők Az alkalmazások fontos korlátja az alacsony kritikus hőmérséklet

4 Mi az, amit tudunk a magashőmérsékletű szupravezetőkről? Cu d x 2 -y 2 O p x YBa 2 Cu 3 O 7-  CuO 2 síkokban történik a szupravezetés  erősen anizotróp, réteges szerkezet  2d fizika (pl. erős termikus fluktuációk)

5 Magashőmérsékleti szupravezetők univerzális fázisdiagramja Lásd pl. a La 2-x Sr x CuO 4 sorozatot: Kiinduló anyag: La 2 CuO 4 La 3+, O 2- : 2·3-4·2= –2  Cu 2+ (3d 9 )  félig betöltött 3d 9 sáv  antiferromágneses szigetelő A La 3+, ionok egy részének Sr 2+ -ra cserélésével változtatható a sáv betöltése.

6 Mit tudunk még? – Szimmetriasértés Fluxuskvantálás: Következmények: makroszkopikus skálán fáziskoherencia van az elektronok között U(1) mértékinvariancia-sértés  Cooper-párok „nemdiagonális hosszú távú rend a kételektron sűrűségmátrixban” 

7 A rendparaméter szimmetriája térbeli forgatásokra Spin-szinglett Cooper-párok l = 2 impulzusmomentummal „d-hullám szimmetriájú rendparaméter” Pontosabban: a rendparaméter a CuO 2 négyzetrács B 1g irrepjéhez tartozik, azaz 90°-os forgatásra előjelet vált. kxkx kyky  tetszőlegesen kis energiával gerjeszthetők kvázirészecskék Energia Állapotsűrűség

8 A legfontosabb dolog, amit nem tudunk A szupravezetés mikroszkopikus elmélete: milyen kölcsönhatás hozza létre a Cooper-párokat? Létezik-e egyáltalán a konvencionális szupravezetőket sikeresen leíró Bardeen-Cooper-Schrieffer-elmélethez hasonló univerzális kulcs a MHSZ-k titkaihoz??? Nature Physics, március, MHSZ tematikus szám Vezetők kutatók a MHSZ-k mikroszkopikus elméletéről: Anthony LeggettJan Zaanen Maurice Rice Sudip Chakravarty Senthil Todadri Philip Anderson Patrick Lee Jörg Schmalian Masatoshi Imada David Pines Mohit Randeria Chandra Varma Matthias Vojta

9 Szerves szupravezetők Lapos szerves molekulák + töltésátadás Erősen anizotróp, tipikusan 1d szerkezet Kis elektronsűrűség  erős elektronkorrelációk Kémiai összetétel változtatásával és hidrosztatikus nyomással jól hangolhatók a tulajdonságaik. Az első szerves szupravezető: (TMTSF) 2 PF 6 Klaus Bechgaard, Denis Jérome, 1980 T c = 1,2 K (p = 6 kbar)

10 A szerves szupravezetők (TM) 2 X családjának fázisdiagramja

11 Alkáli-fullerid szupravezetők A 3 C 60 szerkezet A = K, Rb

12 Vaskorszak: pniktid szupravezetők LaO 1-x F x FeAs F La O Fe As Iron-Based Layered Superconductor La[O1-xFx]FeAs (x = 0.05−0.12) with Tc = 26 K Y. Kamihara, T. Watanabe, M. Hirano, and H. Hosono, J. Am. Chem. Soc. 130, 3296 (2008). J. Am. Chem. Soc. 130, 3296 (2008)

13 A CeFeAsO 1-x F x pniktid szupravezető fázisdiagramja

14 A szupravezetők műszaki alkalmazásai Milyen tulajdonságát hasznosítjuk? Nulla elektromos ellenállás Kvantuminterferencia Legfontosabb jelenlegi alkalmazási területek: Orvosi diagnosztika Vegyipar/gyógyszeripar Elektronika Projektált alkalmazások: Villamosenergia-ipar Közlekedés Elsősorban a fejlesztés alatt álló magashőmérsékletű szupravezető technológián alapul. Forrás: BCC Research Mágnes Elektromos berendezés Elektronika

15 Orvosi diagnosztika Alapelve: mágneses magrezonancia képalkotás, MRI (magnetic resonance imaging) Protonspin rezonancia nagy mágneses térben, háromdimenziós térbeli felbontással Nagy mágneses tér + nagy átmérő → rezisztív mágnes nem praktikus Előnyei: Kiváló kontraszt lágy szövetekben Csontok árnyékoló hatása nem zavaró Tipikusan 50 MHz, egészségká- rosító hatása minimális Hátránya: Hosszú ideig tart egy felvétel, drága fMRI

16 Vegyipar, gyógyszeripar: NMR (mágneses magrezonancia) Az Oxford Instruments (Oxford, UK) 21,2 teslás NMR mágnese (Yokohama City University) Szerves molekulák szerkezetének meghatározása. A mágneses térrel nő az érzékeny- ség és a felbontás. Előnyei: Szerkezetmeghatározás oldatban (nem kell kristályosítani) Gyors, automatizálható (jól megfelel a kombinatorikus kémia igényeinek) Alapkutatási alkalmazások széles köre.

17 A kereskedelmi forgalomban kapható technika Jelenlegi legmagasabb tér: 23,6 T, 1 f 0 = 1000 MHz Nb 3 Ge „A15” szupravezető (felfedezés éve: 1973) T c (K)B c2 (0) (T) Nb 3 Sn18,028 Nb 3 Ga20,234 Nb 3 (Ge 0,3 Al 0,7 )20,743,5 Nb 3 Ge23,038 Nb 3 Al18,733 V 3 Ga14,835 V 3 Si17,124 Ge Nb

18 Versenytárs: rezisztív technikák Rekord: 25 T (1066 MHz), National High Magnetic Field Laboratory (NHMFL), Tallahassee, Florida, USA igen költséges üzemeltetés (35 MW fogyasztás + vízhűtés), ezért gyakorlatilag csak kutatásra használják az áram és a vízhűtés ingadozása miatt viszonylag rossz a térstabilitás (kb. 3 ppm fluxus stabilizátor betéttel), ezért nagyfelbontású NMR-re nem előnyös Hibrid technika: szupravezető szolenoid belsejében rezisztív betét NHMFL 45 T hibrid mágnes: 11 T szupravezető szolenoidban 34 T rezisztív mágnes (nem kimondottan NMR céljaira)

19 Villamosenergiaipar Kis veszteség: távvezetékek, transzformátorok, generátorok. A fejlesztés stádiumában, prototípusok. 600 kVA-es magashőmérsékletű szupravezető transzformátor prototípusa. China Institute for Electical Engineering, 2005 Fő nehézség: hajlékony kábel Készítése a törékeny magashőmér- sékletű szupravezető anyagokból. Létező alkalmazás: túláramvédelem (nagyáramú biztosíték). A kritikus áram alatt szupravezető felette normális fém.

20 MHSZ szupravezető erősáramú távvezeték 138 kV, 574 MW április 30., Long Island, USA

21 MHSZ szupravezető erősáramú távvezeték kábel prototípusa vörösréz mag szupravezető szalag BSCCO kerámia ezüst mátrixban elektromos szigetelés szupravezető árnyékolás hőszigetelés: vákuum + „űrhajós ruha” folyékony nitrogén hűtés (hűtőállomás néhány kilométerenként) Ø 133 mm Becslés: I = 5 kA, V = 50 kVrms  P = 250 MW (felső becslés) Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8 kerámia szupra- vezető I c = 200 A J c = 50 kA/cm 2 ezüstözött réz mátrix Japán Gazdasági és Ipari Minisztérium, 2004.

22 Mikrohullámú elektronika Kis felületi ellenállás → jó minőségű mikrohullámú szűrők Előnyei: A telekommunikációs frekvenciasávban Q > könnyen elérhető kis veszteség kis méret Hátrány: Hűtést igényel, ezért mobil eszközökben egyelőre nem használják. Megoldás: Peltier-hűtés. Az orvosi diagnosztika után jelenleg a második legnagyobb alkalmazás. A magashőmérsékletű szupravezetők legfontosabb alkalmazása.

23 Mikrohullámú elektronika Előnyei: A telekommunikációs frekvenciasávban Q > könnyen elérhető kis veszteség kis méret Hátrány: Hűtést igényel, ezért mobil eszközökben egyelőre nem használják. Megoldás: Peltier-hűtés? Az orvosi diagnosztika után jelenleg a második legnagyobb alkalmazás. A magashőmérsékletű szupravezetők legfontosabb alkalmazása.

24 Kvantuminterferencia: SQUID ( Superconducting Quantum Interference Device) Brian D. Josephson, 1962 Legyengített szupravezető: Josephson-átmenet Az eszköz két karjában folyó szupravezető áram interferál. Az interferenciakép függ a lyukon átmenő mágneses fluxustól. → A fluxuskvantum törtérsze is mérhető. Alkalmazás: magnetoenkefalográfia, magnetokardiográfia, geológia, alapkutatás. Potenciális alkalmazása: kis fogyasztású gyors digitális elektronika Josephson- átmenetet tartalmazó chip. Hypres Co., USA

25 Mágneses levitáció (maglev) Jó utazást kívánok! THE END Shanghai, km, 430 km/h (8 perc) Gyártó: ThyssenKrupp


Letölteni ppt "Magashőmésékleti szupravezetők és alkalmazásaik Kriza György, MTA SZFKI BME, 2010."

Hasonló előadás


Google Hirdetések