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飞行火车,量子计算机和超导体上的其他奇迹

时间:2018-06-27 15:53:40  来源:  作者:

 å¼—拉基米尔普京总统和美国总统唐纳德特朗普

  通过电线的电流在高峰时间提醒地铁站,只有在这个车站的列车围绕大厅设置,乘客往一个方向移动-并且不断遇到障碍物。在生活中,由于这个原因,会有很多额头断裂,并且在导体中,由于电子与离子碰撞,会损失能量:它以热的形式离开。能量损失本身是不理想的,并且可能是完全危险的。例如,一根毫米厚的铜电缆即使因为普通的茶壶也会过热-拿起灭火器。

  但有些物质-它们被称为超导体-让电流自由流动。毫米超导电缆可以轻松承受上千倍的负载,并且可以连接整个村庄。另一种这样的电缆在电磁体中是有用的,因为内部流动的电流越多,它所产生的场越强。粒子加速器和医疗断层扫描仪中的磁铁都是在超导体的基础上精确制造的,因为通常的铜线需要太多以至于它们不适合这些设备。由于具有如此惊人属性的材料,我们可以从内部检查大脑,并相互冲击宇宙中最小的砖块。

  但为什么有些材料在没有损失的情况下通过电流,科学家们很长时间都无法理解。这种现象使物理学家在超导电性首次在冷汞中被发现后停滞了40年,至今尚未完全澄清。20世纪50年代,这一现象的第一个实质理论帮助建立了一位年轻的苏联科学家阿列克谢阿布里科索夫。

  什么打开了杏子

  杏子出生在一个着名的莫斯科家庭。他的父亲监督了列宁的解剖,他的母亲是克里姆林宫卫生和卫生局局长。Abrikosovs属于Penza省的农奴,他们释放了自己,建立了糖利厂。苏维埃正拳将工厂国有化,并将它命名为彼得巴巴耶夫-同样的担忧“巴巴耶夫斯基”。

  15岁时,阿布里科索夫进入莫斯科动力工程学院,然后转移到莫斯科国立大学,并在27岁时辩护他的博士论文量子电动力学,然后从事超导。他的参与开发的这个概念被称为Ginzburg-Landau理论,但也有另一个更完整的名称:Ginzburg-Landau-Abrikosov-Gorkov理论。

  从这个理论中可以看出,在超导体的表面上出现了环电流或Abrikosov涡流。这些涡旋出现在外部磁场的作用下(例如,由于通过电流),并以周期性晶格排列:场越强,这些涡流就越大。如果磁场变得太大,涡旋碰撞并且超导性消失,因此即使对于超导体,其容量也是有限的。

阿列克谢阿布里科索夫从卡尔十六世古斯塔夫国王手中获得诺贝尔物理学奖

  长一段时间以来,超导体都试图用它来传输电力而没有损失,并通过细电缆传递非常高的电流。问题在于,当材料冷却到几乎绝对零度-即使在太热的空间中时,超导体也会产生-所以具有超导体的器件必须用液态氦冷却。

  在较高的工作温度,这是不能用氦气冷却,和更便宜的氮气1980超导体的发现(液氮-是“唯一的”-196℃)起初似乎突破。但时间流逝了-今天,超导传输线仍然仅以原型的形式存在,而大型强子对撞机的磁体仍然被氦气冷却。

  更多超导体可以用于运输:借助强磁场,可以将整个列车提升到空中。其优点是显而易见的:该列车没有磨损的悬挂,在铁路轨道上没有摩擦,它可以发展每小时数百公里的速度。在上海,甚至建造了一条连接机场和市中心的商业线路,只有它能在普通的电磁铁上工作-所以更便宜,更容易。超导体的道路将在日本建成,但根据乐观预测,这条道路将在2030年前才准备好。

  而且,超导体在今天消耗数百瓦并且非常热的计算机中会很有用。但是,首先,具有液氮冷却系统或至少干冰的笔记本电脑是不切实际的。其次,微电子工业将不得不从硅转移到一些异国情调的超导材料,并为此重新走过近半个世纪前开始的道路。

  真正需要超导体的地方

  超导体还有其他更有前景的应用。在描述当前涡旋五年后,年轻的美国物理学家预测,电流可以流过超导体之间的绝缘体薄层。根据经典物理学,绝缘体原则上不能通过电流,但在量子理论中,约瑟夫森接触-最薄的非导电材料层不是障碍。当这个现象被实验发现时,它被用在中。

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