Добрый вечер, дорогие пикабушники :)

Сегодня пришла мысль, хотел бы немного порассуждать с вами на эту тему)

Всё это напрямую относится к теме физики и элементарным процессам

Прошу дочитать до конца, суть раскроется именно там, даже если в начале вам это покажется бредом бредейшим :) Коммент для минусов - внутри

Приятного чтения!

Энергия может принимать почти любой вид. Даже кусок мяса - это по сути тоже энергия, которую можно преобразовать, допустим, в электрическую. А сделать это можно посредством преобразователей. В данном случае преобразователем будет являться человек. Допустим, мы употребляем это мясо в пищу, мы набираемся сил, получаем какой-то заряд физической и умственной активности. Если мы раскрутим электрогенератор с ручным приводом, то мы преобразуем энергию из куска мяса в электрическую. Хоть с большими потерями, но всё-таки. А уже электрическую можно преобразовать в тепловую, механическую и т.д. (хотя наше движение и есть механическая)

Получается, что материя - это сгусток энергии, грубо говоря. На таком принципе вроде как работают атомные реакторы, расщепляя соединения высвобождают огромные количества энергии.

Как думаете, возможно ли при помощи какого-то устройства заставить энергию перейти в какой-то вид, ранее неизвестный человеку, закрыв возможность ей (энергии) перейти в уже известные виды?

Приведу пример: Есть независимый электрический блок питания, есть электродвигатель, который питается от этого блока. Электродвигатель - как преобразователь энергии, преобразует электрическую энергию в механическую работу и какое-то количество теплоты. Если застопорить ротор электродвигателя, то энергия не сможет перейти в механическую работу и по закону сохранения энергии ей нужно всё равно куда-то деться. Она начинает переходить в тепловую и наш двигатель заметно нагревается. Но от чего он нагревается? От внутреннего сопротивления. Есть сопротивление - есть тепло. А что будет, если охладить жидким азотом двигатель и его части до состояния сверхпроводника? Куда пойдет энергия, если она не сможет превратиться в тепловую? По идее должно произойти короткое замыкание, если сопротивление = 0. Но если создать определенный блок питания (генератор) и так же охладить его до состояния сверхпроводника, чтобы КЗ не могло произойти? Что будет с энергией, куда она денется, если у неё будут перекрыты все известные на сегодняшний день возможные пути выхода, как думаете?

Недавно после десятилетий безуспешных попыток физикам удалось впервые получить в лаборатории водород в металлической фазе. Однако теперь уникальный микроскопический образец исчез.

Образец металлического водорода

Металлический водород называют «Священным Граалем» физики твердого тела. Теоретически показано, что в эту форму он переходит при огромных давлениях – например в недрах планет-гигантов. При этом он проявляет очень непривычные и потенциально очень полезные для нас свойства, например высокотемпературную сверхпроводимость. Попытки получить и изучить металлический водород в лаборатории предпринимались более полувека, и недавно команда гарвардского физика Исаака Силверы (Isaac Silvera) сообщила о первом успехе.

Ученым удалось сжать образец алмазной наковальней до невероятных 495 ГПа (около 4,95 млн атмосфер), и водород из непрозрачного стал блестящим, как самый настоящий металл. Однако столь громкое заявление нуждается в самой тщательной проверке, поэтому ученые сохранили драгоценный образец под давлением и при сверхнизкой температуре для дальнейших опытов. И вот теперь он утрачен.

The Independent сообщает, что в ходе попытки измерить давление с помощью маломощного лазера в установке что-то случилось: один из миниатюрных алмазов не выдержал и разлетелся буквально в пыль. «Никогда не видел ничего подобного, – приводит издание слова профессора Силверы. – Все поверхности покрыла такая пудра, похожая на пищевую соду или что-то вроде того. Я бы и не поверил, что это алмаз».

В этой пыли и мог затеряться образец, имеющий в размере всего около 1,5 х 10 мкм, – и это еще не самый печальный вариант. Возможно и то, что после разрушения алмаза и падения давления водород просто снова превратился в газ. Теория предсказывает, что он должен был сохранить стабильность, и если это не так, то наши надежды использовать металлический водород на практике, в качестве сверхпроводника, стремительно испарились.

Подробности Исаак Силвера должен сообщить через несколько недель, на встрече Американского физического общества. Там же ученые планируют обсудить ситуацию с коллегами. В любом случае, гарвардские физики готовят еще пару алмазных наковален (именно их особая подготовка позволила им добиться невероятного давления) и намерены повторить эксперимент.

Источник

Статья в Independent

После 80-летних безуспешных поисков физикам, наконец, достоверно удалось получить металлический водород. Именно в такой форме он существует в недрах гигантских планет – и может использоваться в технологиях будущего.

Исаак Силвера (Isaac Silvera) и Ранга Диас (Ranga Dias) из Гарвардского университета использовали алмазные наковальни, создав сверхвысокое давление, превышающее давление в центре Земли. Это позволило сблизить атомы водорода в образце настолько тесно, что их электроны «обобществились» и стали двигаться по свободным траекториям, обеспечивая электропроводность и другие свойства металлов. О долгожданном событии авторы рассказывают в статье, опубликованной журналом Science.

Еще в 1935 г. физик и теоретик, будущий лауреат Нобелевской премии Юджин Вигнер предсказал, что при давлении выше 25 ГПа (250 тыс. атмосфер) молекулярный водород должен совершать фазовый переход и становиться металлическим. Такое давление в сотни раз выше, чем на дне Бездны Челленджера в Тихом океане, так что воспроизвести нужные условия долгое время не было никаких возможностей.

Более того, по мере развития физики и квантовой механики стало ясно, что металлический водород требует еще более высоких давлений: 400–500 ГПа, выше, чем в центре Земли. За последние 20 лет было сделано несколько сообщений о его получении в лаборатории, но данные экспериментов оказались не слишком надежными и не раз подвергались критике. Летом 2016 г. Исаак Силвера и его коллеги добились нужного перехода – но всего на доли секунды – и намерены были подтвердить достижение еще раз.

В новых экспериментах команде Силверы удалось получить давление 495 ГПа, сжав образец между заостренными и тщательно обработанными концами пары искусственных алмазов. Дополнительную прочность этой «наковальне» придало напыление из оксида алюминия, непроницаемого даже для мельчайших атомов водорода. Ученые зафиксировали, что при сравнительно низких давлениях образец водорода оставался прозрачным (и непроводящим), затем потемнел, а при 495 ГПа стал блестящим, отражая свет, как самый настоящий металл.

Dias & Silvera, 2017

Металлический водород интересует ученых с самых разных сторон. Его крайне интересно изучить, поскольку именно в этой форме водород существует в недрах крупных небесных тел, таких как Юпитер. Но он же может найти применение и на Земле – в качестве компонента нового поколения ракетного топлива и просто электроники. Теория предсказывает, что металлический водород должен быть высокотемпературным сверхпроводником, за которым так давно охотятся физики.

Более того, согласно некоторым моделям, металлический водород можно будет использовать в самых обычных условиях. Предполагается, что огромное давление требуется лишь для его образования, а впоследствии он сохранит это состояние даже при комнатной температуре и давлении в одну атмосферу. Выяснить это мы можем уже довольно скоро.

Источник

Статья в Science

в продолжение поста

http://pikabu.ru/story/yeffekt_meysneraoksenfelda_v_deystvii...

Новый материал обещает прорыв в области сверхпроводников

Ученые много лет искали различные способы заставить водород войти в металлическое состояние. Металлическое состояние водорода — это святой Грааль в материаловедении, поскольку его можно использовать для сверхпроводников: материалов, которые не препятствуют току электронов, что повышает эффективность передачи электроэнергии во много раз. Впервые за все время ученые под руководством Виктора Стружкина из Университета Карнеги, смешав водород с натрием, экспериментально произвели новый класс материалов, которые обещают изменить картину в области сверхпроводников и могут быть использованы для хранения водородного топлива. Исследование было опубликовано в Nature Communications.

Считалось, что определенные обогащенные водородом соединения, состоящие из нескольких атомов водорода и щелочных металлов (лития, калия или натрия), могут обеспечить новое химическое средство для изменения электронной структуры соединения. Это, в свою очередь, может привести к разработке металлических высокотемпературных сверхпроводников.

«Проблема в температуре, — объясняет Стружкин. — Имеющиеся сверхпроводники могут существовать только при непрактично низких температурах. В последние годы начали обещать соединения с несколькими атомами водорода, связанными с щелочными металлами, которые могут существовать при более практичных температурах. Теоретически они будут обладать уникальными свойствами, полезными для сверхпроводимости».

Группа Стружкина использовала эту теорию для составления экспериментов и измерила образцы с использованием одновременно метода, который показывает атомную структуру (рентгеноструктурный анализ), и метода рамановской спектроскопии. Теоретически, натриево-водородный материал должен быть стабильным под давлением, обладать металлическими свойствами и уникальной структурой, а также демонстрировать сверхпроводящие свойства.

Ученые провели эксперименты с применением высокого давления и высокой температуры. Материя при таких экстремальных условиях может превращаться в новые структуры с новыми свойствами. При помощи высокого давления они сжали образцы лития и натрия в ячейке с алмазными наковальнями и нагрели их лазером. При давлении в 300 000—400 000 атмосфер (30—40 ГПа) и температуре около 1700 градусов по Цельсию, ученые впервые наблюдали структуры «полигидридов», натрия с тремя атомами водорода (NaH3) и NaH7 — натрия с семью атомами водорода — в крайне необычных конфигурациях. Три отрицательно заряженных атома водорода в NaH7 выстроились и продемонстрировали одномерную водородную цепь, новую фазу, которая сильно отличается от чистого водорода.

«Существование этой конфигурации предсказывали еще в 1972 году, более 40 лет назад, — говорит Дак Йонг Ким, ученый из группы Стружкина. — Оказалось, что наши эксперименты полностью согласуются с теорией, которая предсказывала существование NaH3. В качестве приятного дополнения мы также наблюдали соединение с семью атомами водорода».

Далее ученые планируют посмотреть, можно ли получить материалы такого класса при более низких температурах и давлениях. В любом случае новый класс материи открывает новый мир возможностей.

летающие автомобили не за горами товарищи.

Для переключения системы из «нуля» в «единицу» и обратно ученые предлагают использовать инъекционные токи, протекающие через один из слоев сверхпроводника. Таким образом, считывать состояния можно будет с помощью тока, который проходит через всю структуру. Эти операции требуют в сотни раз меньше времени, чем измерения намагниченности или перемагничивания ферромагнетика.

Схематическое изображение контакта. S — сверхпроводник, I — барьер, F — феромагнетик, N — нормальный металл, заштрихованная область — потенциальный барьер, возникающий в сверхпроводящей зоне.

Группа ученых из лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ и МГУ разработала принципиально новый тип ячеек памяти на основе сверхпроводников — такая память может работать в сотни раз быстрее, чем распространенные сегодня типы запоминающих устройств, говорится в статье, опубликованной в журнале Applied Physics Letters.

«Предложенная нами схема работы ячейки памяти не требует затрат времени на процессы намагничивания и размагничивания. Благодаря этому операции чтения и записи занимают лишь сотни пикосекунд, в зависимости от материалов и геометрии конкретной системы, в то время как традиционные схемы требуют в сотни и даже тысячи раз больше времени», — говорит ведущий автор исследования Александр Голубов, руководитель лаборатории квантовых топологических явлений в сверхпроводниках МФТИ.

Он и его коллеги предлагают делать элементарные ячейки памяти на основе квантовых эффектов в «сэндвичах» сверхпроводник-диэлектрик (или другой материал)-сверхпроводник, предсказанных в 1960-е годы британским физиком Брайаном Джозефсоном. Электроны в таких «сэндвичах» (их называют «контактами Джозефсона») могут туннелировать из одного слоя сверхпроводника в другой, проходя сквозь диэлектрик, как мячики пролетают сквозь дырявую стену.

Сегодня контакты Джозефсона используются как в квантовых устройствах, так и в классических. Например, на базе сверхпроводящих кубитов построено квантовое устройство D-wave, способное находить минимумы сложных функции с помощью алгоритма квантового отжига. Также существуют сверхбыстрые аналогово-цифровые преобразователи, детекторы последовательных событий и другие устройства, не требующие быстрого доступа к большим объемам памяти. Были попытки использовать эффект Джозефсона и для создания обычных процессоров. В конце 1980-х в Японии создали такой экспериментальный процессор. В 2014 исследовательское агентство IAPRA возобновило попытки создать прототип сверхпроводникового компьютера.

На сегодня наибольший практический интерес представляют джозефсоновские контакты с использованием ферромагнетиков в качестве середины «сэндвича». В элементах памяти на их основе информация кодируется в направлении вектора магнитного поля в ферромагнетике. Но у таких схем есть два принципиальных недостатка: во-первых, невысокая плотность «упаковки» элементов памяти — на плату нужно наносить дополнительные цепи для подпитки ячеек при считывания или записи информации, а во-вторых, вектор намагниченности нельзя менять быстро, что ограничивает скорость записи.

Группа физиков из МФТИ и МГУ предложила кодировать данные в джозефсоновских ячейках в величине тока сверхпроводимости. Изучая контакты сверхпроводник-нормальный металл/ферромагнетик-сверхпроводник-барьер-сверхпроводник, ученые обнаружили, что при определенных продольных и поперечных размерах слоев система может иметь два минимума энергии, а значит — находиться в одном из двух различных состояний. Эти два минимума можно использовать для записи данных — нулей и единиц.

Токи сверхпроводимости при считывании различных состояний ячейки памяти. Чем больше ток — тем больше стрелка

Для переключения системы из «нуля» в «единицу» и обратно ученые предлагают использовать инъекционные токи, протекающие через один из слоев сверхпроводника. Считывать же состояние предлагается с помощью тока, который проходит через всю структуру. Эти операции требуют в сотни раз меньше времени, чем измерения намагниченности или перемагничивания ферромагнетика.

«Кроме того, для нашей схемы требуется только один слой ферромагнетика, что позволяет адаптировать ее к так называемым одноквантовым логическим схемам, а значит в создании абсолютно новой архитектуры процессора нет нужды. Компьютер, основанный на одноквантовой логике, может иметь тактовую частоту в сотни гигагерц, при том, что его энергопотребление ниже в десятки раз», — отметил Голубов.

ИСТОЧНИК