ידענים: ננו חומרים

מאת 25 באוגוסט 2015 10 תגובות

חומר על-מוליך שמקטין את החיכוך התגלה ביפן, עשוי לפרוץ דרכים חדשות באלקטרוניקה ובטכנולוגיה, לפתח רכבות מהירות וזולות, מאיצי חלקיקים חסכוניים באנרגיה, מכשירי MRI זולים ועוד.

רכבת מאגלב מרחפת בשנגחאי.צילום-Jody-McIntyre-Flickr[1]

רכבת מאגלב מרחפת בשנגחאי.צילום-Jody-McIntyre-Flickr[1]

כולנו מכירים את שלושת מצבי הצבירה הרגילים והיציבים: מוצק, נוזל וגז. אך בתנאי מעבדה, מוכרים למדענים עוד 15 מצבי צבירה. חלקם קיימים במצבי קיצון ביקום, או סתם במקומות מוזרים – יש מצב צבירה שהתגלה בעין של תרנגולת. התגלית האחרונה בתחום מצבי הצבירה המוזרים, שהתגלתה ביפן, עשויה לפרוץ דרכים חדשות באלקטרוניקה ובטכנולוגיה ולהפוך אותן ליעילות ולחסכוניות הרבה יותר. ניתן יהיה לפתח רכבות מהירות וזולות, מאיצי חלקיקים חסכוניים באנרגיה, מכשירי MRI זולים, ואולי אפילו סקייטבורד מרחף.

כדי להבין את התגלית החדשה, צריך להבין מהי מוליכות-על. מוליכות-על היא מצב צבירה אשר התגלה בשנות החמישים, והיא בעצם חומר מוצק אשר מקורר לטמפרטורה נמוכה מאוד, למשל 243- מעלות צלזיוס, שבה האלקטרונים שלו יכולים לזרום ללא חיכוך בתוך החומר. ניתן להשוות זאת להבדל בין גרירת ספה כבדה על רצפה מחוספסת – אז צריך הרבה כוח כדי להזיז אותה – לבין גרירת ספה עם גלגלים על רצפה חלקה – אז ניתן לגלגל אותה בדחיפה קלה, כמעט ללא השקעת אנרגיה. בעל-מוליך לא אובדת אנרגיה כאשר האלקטרונים זורמים בתוך החומר, מה שיוצר מערכת אלקטרונית מיוחדת שאינה מתחממת מזרם חשמלי חזק.

באמצעות חומרים על-מוליכים ניתן ליצור אלקטרו-מגנטים חזקים, כמו אלה שמאפשרים את ריחוף רכבת המאגלב הסינית במהירות מדהימה של 430 קמ”ש ובשקט מפתיע. על-מוליכים משמשים גם במכשירי MRI, שמשמשים לקבלת תמונה מפורטת של פנים הגוף והפכו לכלי בדיקה חשוב ומציל חיים בבתי חולים רבים. החיסרון בעל-מוליכים, הוא שיש להשקיע אנרגיה רבה בקירורם.

חוקרים מיפן גילו לאחרונה מצב צבירה חדש, אשר נקרא מתכת ג'אן-טלר. מתכת זו יכולה לשמש כעל-מוליך בטמפרטורות גבוהות יחסית, 135- מעלות צלזיוס. המשמעות היא שבמידה ויהיה אפשר להוציא פיתוח זה מהמעבדה, ניתן יהיה לייצר מערכות אלקטרוניות בעלות תכונות של על-מוליכים בצורה זולה ביותר. מצב צבירה זה מיוחד בכך שניתן לעבור בין מצב של חומר על-מוליך למצב של חומר מבודד (שאינו מוליך חשמל) באמצעות יצירת לחץ על החומר – תכונה שתוכל אולי ליצור מעגלים חשמליים מתוחכמים שלא נראו כמותם.

סקייטבורד מרחף אמנם לא יהיה גאדג'ט נפוץ בשנת 2015, אבל בזכות מתכת ג'אן-טלר, יש סיכוי שב-2020 כבר תוכלו לרחף לעבודה.

למאמר המקורי לחצו כאן
לידיעה באתר זווית

10 תגובות ל “מצב צבירה חדש יגרום לכם לרחף”

  1. עובד

    חנן סבט, זה נכון , מוליכות על היא מצב צבירה לכל דבר (אם כי בעלת אופי קוונטי) תוכל לקרוא על זה יותר לעומק אם תחפש חלק מהמונחים שאריאל ציין לעיל או תחפש במגזין המדע פופלרי סיינס אמריקן, האמת שמצב הרבה יותר מעניין שנתקלתי בו לאחרונה באיזה מאמר שם (כמובן שאם יש גישה למאמר האקדמי בנושא ולא הפופולרי ויש גם היכולת להבין על מה מדובר , זה עדיף) זה מצב צבירה המכונהstange metal או בתרגום חופשי "מתכת מוזרה" והוא דוקא התגלה עקב גילוי של שגשוגת מבוססת ברזל המתעבה למוליכות על בטמפר' גבוהות יחסית (לא 138 עדיין, אך בהחלט בכיוון) המנגנון הפיסיקלי שם בסקלות האלה המביא למmבי הצבירה הקוונטים (ולא להתבלבל חס וחלילה עם מצבים קוונטים) יחסית עדיין עלום ומרתק בטירוף, אשכרה לקוח מסרטי המדע בדיוני, אגב לכותב הכתבה , ראוי לציין שבמצב של מוליכות על נושאי המטען אינם סתם אלקטרונים אלא זוגות אלקטרונים המכונים "זוגות קופר" ובעצם בוזונים (בעלי ספין שלם) ולכן אינם כפופים לאיסור פאולי ועקב כך התעבות בוזה אינשטיין ןכן'.., אולי ראוי בכתבה כזאת לפרט טיפה יותר על המנגנון הפיסיקלי המוביל למצב צבירה זה אם כבר פתחת את התיבה,וזאת גם מכיוון שמעניין וגם ע"מ לספק את הספקנים ולמנוע חוסר דיוקים

  2. לורם איפסום

    אין הרבה מאוד מידע באשר לעל מוליכים בטמפרטורות גבוהות, אבל מינוס 135 מעלות צלזיוס זה 138 מעלות קלווין, וביקיפדיה אני מוצא:
    * בשנת 1987 גילה צ'ינג וו-צ'ו תרכובת דומה בה מוחלף הלנטנום באיטריום, חומר המכונה YBCO, שהוא בעל טמפרטורה קריטית של 92 מעלות קלווין.
    * בשנת 1988 התגלה BSCCO שהוא בעל טמפרטורה קריטית של 108 מעלות קלווין, ובהמשך אותה שנה התגלה TBCCO שהוא בעל טמפרטורה קריטית של 127 מעלות קלווין.
    * בשנת 2009 התגלה HgBa2Ca2Cu3Ox בעל טמפרטורה הקריטית הגבוהה ביותר שהתגלתה עד היום שהיא 135 מעלות קלווין, כאשר תחת לחץ חזק הוא יכול להגיע אף ל-164 מעלות קלווין.

    באנגלית יש יותר מידע, אבל בעינה נשראת העובדה שיש להשתמש בחנקן נוזלי עבור הקירור, ומבחינה זו קצת פחות משנה הפרש של עשר מעלות לכאן או לכאן.

  3. דניאל

    חנן,
    ספקנות זה דבר בריא. אבל גם הבנת הנקרא.
    ל- 95% מהציבור מוכרים 3 מצבי צבירה. מצב צבירה פלסמה מוכר לך ולי, אבל רוב האנשים לא מכירים אותו. זה מה שהכתבה אומרת.

    לורם איפסום,
    אני לא מכיר על מוליכים הפועלים ב- מינוס 135 מעלות צלזיוס כיום חוץ ממתכת ג'ון טלר (חוץ מעל מוליך חדש שפורסם ממש לאחרונה לאחר כתיבת כתבה זו, ופועל במינוס שבעים-שמונים). אם אתה מכיר, נא ספק קישורים. בנוסף, כמו שכתוב בכתבה, מעבר בין מוליך למבודד במתכת ג'ון טלר מתבצע ע"י הפעלת לחץ מכני- תכונה שיכולה להרחיב את גבולות התכנון של מעגלים חשמליים.

  4. לורם איפסום

    לא ברור בדיוק מה היתרון הטכנולוגי במתכת החדשה. חומרים על מוליכים קרמיים בטמפרטורות דומות (כאלו שמאפשרות עבודה בחנקן נוזלי) כבר ידועים וקיימים עשרות שנים. מי צריך ויכול להשתמש במוליכי על בטמפרטורות כאלו משתמש בהם, ומי שעדיין לא עבר את רף העלות-תועלת לשימוש בטכנולוגיה – לא נראה שימצא דרך לעשות בזה שימוש. נראה כי אנחנו נמשיך ליסוע ברכבת קלה מהסוג שמצוייד בגלגלי פלדה.

  5. ETHY

    החבורה שמנהלת את הרכבת הקלה שמעה על זה? כדאי שיעשו שעורי בית .

  6. אריאל

    חנן, לחומר יש יותר מ4 מצבי צבירה. קח לדוגמה כוכב ניוטרונים הוא לא נוזל, הוא לא מוצק, הוא לא גז ןהוא לא פלסמה(רק ניוטרונים).
    ציטוט מוויקיפדיה בערך "מצב צבירה"
    קיימים חומרים אשר יכולים להתקיים במצבי צבירה מורכבים יותר כגון גבישים נוזליים, נוזל-על, ננו-חלקיקים, עיבוי בוז-איינשטיין, חומר מנוון, כוכב נייטרונים ואחרים. אלו מצבים שנדירים על פני כדור הארץ, וחלקם מלאכותיים ומתקיימים במעבדות בלבד.

  7. מצב צבירה מתכת

    חנן
    זה בסדר, יש הרבה טעויות באתר הידען… הנה תראה את ניסים למשל.. 🙂

  8. חנן סבט

    מוכרים 4 מצבי צבירה – מוצק, נוזל, גז, פלסמה. מאחר והכתבה כבר התחילה בטעות כל כך בסיסית, הרי שאני בספק כמה מהנאמר בכתבה תואם את המציאות…

הוספת תגובה

  • (will not be published)