Eksotiske materials magnetiske egenskaber: Supralederne og videre
Introduktion
Eksote stoffer besidder ikke-gentagne fysiske egenskaber, som er meget vigtige for den moderne videnskab og teknologi. Grunden til dette er, at superledere ikke har nogen modstand, og derfor afviser de magnetfelt og finder en bred vifte af anvendelser på forskellige områder. Dette forskningsarbejde vil undersøge den magnetisme, som superledere og andre former for eksotiske materialer, der er afgørende for fremtidig videnskab og teknologi, udviser, og deres mulige anvendelsesformål.
Grundlæggende viden om superledere
En superledder er et materiale hvis modstand falder til nul ved en bestemt kritisk temperatur, det udstøder også sine omgivende magnetfelter. De har eksisteret i over hundrede år nu. De vigtigste træk er fuldstændig manglende elektrisk modstand og Meissner-effekten, som helt skubber et eksternt magnetfelt ud. Der er to grupper baseret på LTS, mens HTS stadig kan være superledende ved relativt højere temperaturer.
Superkonduktørernes magnetiske egenskaber
Meissner-effekten skelner mellem normale tilstande og det, vi kalder superledning. Så snart et stof bliver superledere, udleder det et internt magnetfelt i sig selv. Kvantlåsning giver mulighed for at opretholde en stabil position på trods af deres tilstedeværelse i et magnetfelt. Disse egenskaber skaber derfor store muligheder, især inden for områder som magnetisk levitation eller sensation af jordens geomagnetiske felt.
Potentielle anvendelser af superledere
Medicinsk anvendelse: Med atommagnetisk resonansbilleddannelse anvendes stærke magneter fremstillet af disse typer materialer, hvilket muliggør præcisionsmedicinsk billeddannelse med stor støtte fra MR (magnetisk feltbilleddannelse). I fremtiden vil medicinsk billeddannelse blive mere præcis og effektiv ved at fremme superledende teknologi.
Energisektor: Superledende kabler kan overføre elektricitet meget effektivt og dermed reducere tab under energioverførsel. Forskningen i rene energikilder er blevet stimuleret af anvendelsen af superledere i fusionsreaktorer.
Transport: Maglevprincippet afhænger af de magnetiske egenskaber, der findes i superledningsevne, og dermed vil eliminering af friktion for hurtigere udvikling af transportsystemer øge hastighedseffektiviteten af et transportsystem.
Elektronisk kommunikation: Ultrahøj beregningshastighed på grund af anvendelse af disse enheder forbedrer signalkvaliteten, når kommunikationssystemer består af sådanne enheder.
Andre eksotiske materialer magnetisme
1.Topologiske isolerende stoffer Generelt ikke-ledende inde, men ledende på overfladen, der blandt andet viser speciel spintronik-quantumcomputing nytte.
2.Superledere på jernbasis Efter opdagelsen af disse har der været betydelige fremskridt hen imod praktiske anvendelser af høj temperatur superledning.
3.Magnetiske nanomaterialer - Anvendelse af lægemidler, påvisning af forurenende stoffer, opbevaringstæthed, meget anvendt nanopartikler, nanotråder, høj opbevaringstæthed.
Fremtidens retninger forsker i eksotiske materialer
Der bør gennemføres tværfagligt samarbejde, således at der fremover kan udvikles nye typer af superledere eller andre typer. Teknologisk innovation fremskynder andre steder teknologiske innovationer skaber nye anvendelser andre steder materialer videnskab kombineret fysik ingeniørfag
Effekter af økonomi og miljø
Energiforbruget og affaldet kan påvirkes positivt af brugen af fremmed materiale. En bred anvendelse af disse stoffer vil føre til store økonomiske gevinster samt støtte en bæredygtig udvikling og øge effektiviteten i ressourceforbruget, hvilket fremgår af en økonomisk cost-benefit-analyse.
For at opsummere
Moderne teknologi har en vigtig plads for eksotiske materialer som superledere. Det betyder, at de er uerstattelige i den fremtidige udvikling af videnskab og teknologi, fordi sådanne særlige magnetiske egenskaber har et stort potentiale for anvendelse. Forskningen på innovative eksotiske materialer fortsætter ved AIM Magnet, således at avancerede teknologier bliver mulige.
