Nadprzewodniki - ╢wiΩty Graal nauki

Tytu│ nie jest mo┐e do ko±ca precyzyjny, ka┐dy fachowiec mo┐e mi go zakwestionowaµ. Chodzi o to, ┐e nadprzewodniki znamy od dawna a ╢wiΩtym Graalem nauki okre╢la siΩ nadprzewodniki w temperaturach pokojowych. Postaram siΩ pokr≤tce wyja╢niµ co to jest nadprzewodnik, co w polu bada± nad tymi substancjami ju┐ zrobiono, co siΩ planuje oraz jakie korzy╢ci mo┐e wynie╢µ nauka z odkrycia nadprzewodnika w temperaturze pokojowej.

Zjawisko nadprzewodnictwa odkry│ ju┐ w 1911 roku Heike Onnes (dosta│ za to nagrodΩ Nobla). Odkry│ on, ┐e rtΩµ oziΩbiona do temperatury 4,2 stopnia powy┐ej zera absolutnego (czyli do temperatury 4,2 kelwina) zupe│nie traci op≤r elektryczny. Niby nic wielkiego - brak oporu elektrycznego, ale przecie┐ z powodu zbyt wielkich opor≤w elektrycznych nauka w wielu dziedzinach nie potrafi zrobiµ swoich milowych krok≤w. Op≤r elektryczny powoduje bowiem grzanie urz▒dze± pracuj▒cych przy du┐ym zu┐yciu energii elektrycznej. Op≤r zatem jest przyczyn▒ nadmiernych strat energii w obwodach elektrycznych, usterek oraz awarii wszelkiego typu sprzΩtu elektrycznego i elektronicznego. Na przyk│ad komputery osobiste, kt≤re poza napΩdem dysku nie zawieraj▒ ┐adnych ruchomych czΩ╢ci, powinny byµ teoretycznie niezniszczalne. W rzeczywisto╢ci psuj▒ siΩ nader czΩsto, g│≤wnie z powodu przegrzania wywo│anego oporem elektrycznym. Teraz ju┐ chyba │atwiej zrozumieµ dlaczego nadprzewodniki s▒ okre╢lane mianem ╢wiΩtego Graala nauki. Odkrycie substancji nie posiadaj▒cej oporu elektrycznego w temperaturze pokojowej (!) umo┐liwi ogromny skok technologiczny, rozw≤j wielu dziedzin nauki i nie bΩdzie dla nas zaskoczeniem pojawienie siΩ na przyk│ad samochodu unosz▒cego siΩ w powietrzu, jak ma to obecnie miejsce w filmach fantastycznych.

Odkrycie nadprzewodnika w temperaturze pokojowej, nazywanego popularnie nadprzewodnikiem wysokotemperaturowym nie jest jednak takie proste. Co odkryto do tej pory? Od roku 1911, gdy Heike Onnes odkry│ nadprzewodnictwo rtΩci problem nadprzewodnik≤w zamar│. Prze│om nast▒pi│ w roku 1986, gdy K. Alexander Muller oraz J. Georg Bednorz z laboratorium badawczego IBM w Zurychu o╢wiadczyli, ┐e znale╝li nadprzewodnik ceramiczny o rekordowo wysokiej temperaturze przej╢cia w stan nadprzewodnictwa. Wynosi│a ona 35 kelwin≤w. By│o to ca│kowite zaskoczenie dla fizyk≤w, bo nikt nie podejrzewa│, ┐e ceramiczne izolatory z tlenku miedziowo-barowo-lantanowego mog▒ okazaµ siΩ nadprzewodnikami. Nied│ugo potem Maw-Kuen Wu i Paul Chu podali, ┐e tlenek itrowo-barowo-miedziowy przechodzi w stan nadprzewodz▒cy w temperaturze 93 stopni powy┐ej zera absolutnego. Obecnie ╢wiatowy rekord temperatury nadprzewodnictwa nale┐y do Andreasa Schillinga i jego wsp≤│pracownik≤w ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologicznego w Zurychu, kt≤rzy wykazali, ┐e ceramika z tlenku miedziowo-barowo-wapniowo-rtΩciowego staje siΩ nadprzewodz▒ca w temperaturze 134 kelwin≤w.

Tyle fakt≤w naukowych. Co musimy osi▒gn▒µ, aby zacz▒µ praktycznie wykorzystywaµ zjawisko nadprzewodnictwa? Przede wszystkim musimy odkryµ substancjΩ nadprzewodz▒c▒ w temperaturze pokojowej. Jak widaµ z powy┐szych przyk│ad≤w, jeste╢my obecnie w po│owie drogi, kt≤ra staje siΩ coraz niestety trudniejsza. Szacuje siΩ, ┐e prze│omowe odkrycie nadprzewodnika wysokotemperaturowego nast▒pi za kilka - kilkana╢cie lat.

Teraz trochΩ lekkiej fantazji, lub jak kto woli - naukowej przysz│o╢ci.

- W miarΩ jak tranzystory staj▒ siΩ coraz mniejsze, wytwarzaj▒c lokalnie ogromne ilo╢ci ciep│a, komputery zbli┐aj▒ siΩ do bariery 0,1 mikrometra. Komputery oparte na wysokotemperaturowych przewodnikach generowa│yby mniej ciep│a, dziΩki czemu otworzy│yby siΩ perspektywy zupe│nie nowych ich konstrukcji.

- Poka╝n▒ czΩ╢µ energii elektrycznej traci siΩ na przesy│anie jej na ogromne odleg│o╢ci. Nadprzewodniki wysokotemperaturowe zlikwidowa│yby zupe│nie ten problem.

- DziΩki redukcji strat w przewodach i urz▒dzeniach elektrycznych nie bΩdzie potrzeby budowania kolejnych elektrowni spalaj▒cych paliwa kopalne, co pomo┐e rozwi▒zaµ kryzys energetyczny, powstrzyma degradacjΩ ╢rodowiska i zahamuje efekt cieplarniany.

- Nadprzewodniki wysokotemperaturowe mog│yby wytwarzaµ silne pola magnetyczne. DziΩki temu bΩd▒ mog│y siΩ pojawiµ chocia┐by szybuj▒ce samochody, nowe typy tomograf≤w i akcelerator≤w.

- DziΩki nadprzewodnikom bΩdzie mo┐liwa budowa niezwykle czu│ych urz▒dze± zwanych SQUID, s│u┐▒cych do pomiar≤w nawet niesko±czenie ma│ych zmian natΩ┐enia pola magnetycznego. Ju┐ obecnie w niekt≤rych szpitalach stosuje siΩ SQUID-y do wykrywania pola magnetycznego wytwarzanego przez ludzkie cia│o.

Przyk│ady zastosowa± dowodz▒ chyba niezbicie, ┐e nadprzewodniki wysokotemperaturowe pozwol▒ zmieniµ oblicze nauki, ich poszukiwania s▒ tak zajad│e, a je same okre╢la siΩ mianem ╢wiΩtego Graala nauki.

Clifford