ΤΟ ΑΕΙ ΚΙΝΗΤΟ ΚΑΙ ΟΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ

Transcript

1 ΤΟ ΑΕΙ ΚΙΝΗΤΟ ΚΑΙ ΟΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ Ε. Ν. Οικονόμου

2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. J. G. Bednorz and K. A. Müller: Rev. of Mod. Phys. 60, 585 (1988). (Oμιλία Αποδοχής του Βραβείου ΝΟΒΕL 1987) 2. A. M. Wolsky et al: Scientific American, Feb. 1989, p. 45 (Παρούσες και Ενδεχόμενες Μελλοντικές Εφαρμογές) 3. R. M. Hazen: The Breakthrough, Summit Books London 1988 (Μετάφραση: Η Ρήξη: Εκδ. Τροχαλία) (Ανασκόπηση των Προσφάτων Εξελίξεων σε Εκλαϊκευτικό Επίπεδο) 4. Ε. Ν. Οικονόμου κ. α.: Η ΦυσικήΣήμερα, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης 2000, 4η έκδοση (Περίπου το Περιεχόμενο της Σημερινής Ομιλίας) 5. Thomas P. Sheahen, Introduction To High- Temperature Superconductivity, Plenum Press, 1994

3 ΥΠΑΡΧΕΙ ΥΠΑΡΧΕΙ ΚΙΝΗΣΗ ΧΩΡΙΣ ΤΡΙΒΗ ΤΟ AEI-KINHTO ΕΧΕΙ ΕΝΤΥΠΩΣΙΑΚΕΣ ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΕΧΕΙ ΘΕΜΕΛΙΑΚΕΣ ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗ ΤΗΣ ΦΥΣΗΣ ΚΑΙ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΟΔΟ ΑΛΛΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ (π.χ. ΙΑΤΡΙΚΗ) Η ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΤΟΥ ΑΠΟΤΕΛΕΣΕ ΠΝΕΥΜΑΤΙΚΟ ΑΘΛΟ ΣΧΟΛΙΟ ΕΝΤΥΠΩΣΙΑΚΕΣ ΠΡΟΣΦΑΤΕΣ ΕΞΕΛΙΞΕΙΣ

4 ΚΙΝΗΣΗ ΧΩΡΙΣ ΤΡΙΒΗ ΥΠΕΡΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΥΠΕΡΡΕΥΣΤΟΤΗΤΑ ΥΠΕΡΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΠΡΩΤΟΠΑΡΑΤΗΡΗΘΗΚΕ ΤΟ 1911 ΕΡΜΗΝΕΥΤΗΚΕ ΤΟ 1957 ΣΥΝΑΦΗ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ 1962 ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 1970 ΑΠΡΟΣΔΟΚΗΤΕΣ ΕΞΕΛΙΞΕΙΣ ΣΥΝΕΧΙΖΟΝΤΑΙ Η 75η ΕΠΕΤΕΙΟΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΝΑΚΑΛΥΨΗ ΤΗΣ ΥΠΕΡΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑΣ

5 20 C ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ 0 C??? -140 C 133 Κ (1988) ΚΙΝΗΣΗ ΧΩΡΙΣ ΤΡΙΒΗ ΦΡΑΓΜΑ ΥΓΡΟΥ ΑΖΩΤΟΥ 77 K (- 196 C) -250 C (1986) EXEI ΠΑΡΑΤΗΡΗΘΕΙ ΚΙΝΗΣΗ ΧΩΡΙΣ ΤΡΙΒΗ -273 C ΑΠΟΛΥΤΟ ΜΗΔΕΝ

6 ΣΥΝΗΘΗΣ ΜΕΤΑΛΛΙΚΟΣ ΑΓΩΓΟΣ V I V = R x I (ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ ΟΗΜ) ΤΑΣΗ = ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ x ΡΕΥΜΑ ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΕΠΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΡΙΒΗ ΤΑΧΥΤΗΤΑ

7 R = ρ L S ρ = ΕΙΔΙΚΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ρ ΛΟΓΩ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗΣ ΤΩΝ ΙΟΝΤΩΝ ΤΟΥ ΜΕΤΑΛΛΟΥ ΛΟΓΩ ΑΤΕΛΕΙΩΝ Κ Τ

8 1911: ΗΜΕΓΑΛΗΑΝΑΚΑΛΥΨΗ 0,15Ω 0,125 0,10 0,075 Hg 0,05 0, Ω Figure 1 Resistance in ohms of a specimen of mercury versus absolute temperature. This plot by Kamerlingh Onnes marked the discovery of superconductivity.

9

10 ΥΠΕΡΑΓΩΓΙΜΟΣ ΑΓΩΓΟΣ V = 0 I 1. R = 0 ρ = 0 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ ΧΩΡΙΣ ΤΑΣΗ ΚΙΝΗΣΗ ΧΩΡΙΣ ΤΡΙΒΗ ΑΕΙΚΙΝΗΤΟ 2. ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ MEISSNER

11 ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ MEISSNER (1933) MH ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ΥΠΕΡΑΓΩΓΟΣ ΕΞΩΣΗ ΤΩΝ ΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ ΑΠΟ ΤΟΝ ΥΠΕΡΑΓΩΓΟ ΚΡΙΣΙΜΗ ΤΙΜΗ ΤΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ Η C

12

13 ΥΛΙΚΟ Τ C ( K) H C (O)(G) J C (O)(A/cm 2 ) Nb 3 Ge ,000 9 x 10 6 Nb 3 Sn* ,000 5 x 10 6 Nb-Ti , Pb Nb 7,2 803 Hg 4, Al W Cu Ag Au 1,18 0, NEW Nb 3 Al* NbN* PbMo 6 S 8 (1985) Pt - - Pd - - * brittle

14 ΕΠΕΙΤΑ ΑΠΟ ΕΝΤΑΤΙΚΕΣ ΕΡΕΥΝΕΣ 75 ΕΤΩΝ (ΠΡΙΝ ΤΟ 1986)

15 Bα Lα CuO B-M 3/86 x 2-x 4-δ 30 K CHU 12/86 >> ΠΙΕΣΗ 40 Sr Lα CuO CHU 12/86 39 x 2-x 4-δ YBα Cu O >> ΠΙΕΣΗ δ Y123 CHU 1/ Bi Cα O 1/88 2 2Sr2Cu 3 10-δ Bi Bi Cα O Sr1Cu 2 8-δ Bi Tl 110 2Bα2Cα1Cu2O8-δ Tl Tl 127 2Bα2Cα2Cu 3O8-δ Tl HgBα Cα Cu Hg O δ

16

17 ΥBα 2 Cu 3 O 7 α= 3,82Å b= 3,88Å c= 11,67Å c 1 3,7Å

18 EΦΑΡΜΟΓΕΣ I 1. ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ (ΚΑΛΩΔΙΑ) SUMITOMO TEPCO: 3Φ, 66 kv, 114 MVA, d=13cm, L=7m 2. ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ FUJI SUMITOMO: 1Φ, 1, 500 kva 3. FCL (Fault Current Limiters) ABB: 480V, 8kA, 100kVA, αc, Bi2223, 100kVA, dc, Y ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ ASC: 122 HP, ΟΜΟΠΟΛΙΚΟΣ Bi HP, ΣΥΓΧΡΟΝΟΣ

19 5. ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ 4,2 K 77 K OXFORD INSTRUMENTS: Nb 3 Sn-Bi2212 Bi2212-Cu 6. ΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΑΝΑΡΤΗΣΗ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙΠΤΑΜΕΝΑ ΤΡΕΝΑ; 7. ΜΑΓΝΗΤΕΣ ΣΕ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΥΣ* ΣΕ ΕΠΙΤΑΧΥΝΤΕΣ* ΓΙΑ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΣΥΝΤΗΞΗ; * ΠΡΟΣΦΕΡΟΝΤΑΙ ΕΜΠΟΡΙΚΑ ΜΕ ΥΠΕΡΑΓΩΓΟΥΣ ΥΓΡΟΥ He

20

21

22

23 Η ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΕΠΑΝΑΣΤΑΣΗ ( ) 1927) Η ΠΙΟ ΘΕΜΕΛΙΑΚΗ ΚΑΙ ΡΙΖΟΣΠΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΑΝΑΚΑΛΥΨΗ; Η ΥΛΗ ΕΧΕΙ ΚΑΙ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΟ ΚΑΙ ΚΥΜΑΤΙΚΟ ΧΑΡΑΚΤΗΡΑ παρ όλο που μακροσκοπικά εκδηλώνεται ή ο ένας ή ο άλλος ΜΕΤΑΞΥ ΔΥΟ ΥΠΕΡΑΓΩΓΩΝ ΣΕ ΣΤΕΝΗ ΕΠΑΦΗ O ΚΥΜΑΤΙΚΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΑΣ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΕΚΔΗΛΩΝΕΤΑΙ ΜΑΚΡΟΣΚΟΠΙΚΑ

24 ΜΑΚΡΟΣΚΟΠΙΚΑ!!! Ι V I = I o ημ (ωt t + ) + ω = 2eV h V = 0 ω = 0, Ι 0 V= σταθ ω = στ. JOSEPHSON 1962 ΣΥΝΕΧΗΣ ΤΑΣΗ ΔΙΝΕΙ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟ ΡΕΥΜΑ

25 Ο ΚΥΜΑΤΙΚΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΑΣ ΦΑΙΝΕΤΑΙ ΜΕ ΤΗ ΣΥΜΒΟΛΗ ΤΗ ΣΥΜΒΟΛΗ SQUID ΥΠΕΡΑΓΩΓΙΜΕΣ ΚΒΑΝΤΙΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΣΥΜΒΟΛΗΣ ΣΕ Ι I 1 I I 2 I~συν πφ ΣΕ Φ Φ = hc 2x10 G cm 0 2e Φ = B S

26 ΚΒΑΝΤΙΣΜΟΣ ΣΕ ΜΑΚΡΟΣΚΟΠΙΚΗ ΚΛΙΜΑΚΑ Φ Φ = nφ hc 0 = 2x10 Gcm 2e 0 7 2

27 Α. SQUIDS ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΙΙ ΜΑΓΝΗΤΟΜΕΤΡΑ (10-11 G) ΒΟΛΤΟΜΕΤΡΑ (10-18 V) ΝΕΟΣ ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ STANDARD VOLT ΑΜΠΕΡΟΜΕΤΡΑ (10-18 A) ΒΑΣΙΚΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΓΕΩΦΥΣΙΚΗ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΙΑΤΡΙΚΗ Β. ΜΕΤΡΟΛΟΓΙΑ ΣΤΑΝΤΑΡΤ VOLT AΠΟA 1/1/90 μέσω της σχέσης ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΑ (1 mk mk) C. ΔΕΚΤΕΣ ΗΜ ΚΥΜΑΤΩΝ Hz Hz HIGH Q RESONATORS (20 GHz) D. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ 2 e V ω= h

28

29

30

31

32 ΦΥΣΙΚΗ ΕΡΜΗΝΕΙΑ - ΣΥΝΟΨΗ 1. Η ΙΣΧΥΣ ΕΝ ΤΗ ΕΝΩΣΕΙ 2. ΤΟ ΖΕΥΓΑΡΩΜΑ 3. ΤΟ ΜΑΛΑΚΟ ΚΡΕΒΒΑΤΙ 4. ΤΟ ΔΙΑΖΥΓΙΟ 5. ΑΓΝΩΣΤΟΙ ΤΡΟΠΟΙ ΖΕΥΓΑΡΩΜΑΤΟΣ

33 ΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ ΕΙΝΑΙ ΟΙ ΦΟΡΕΙΣ ΤΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΦΥΣΙΚΗ ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΚΑΙ ΣΤΗ ΣΥΝΗΘΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΟΥΣ ΠΡΟΧΩΡΟΥΝ ΜΕ ΣΚΟΝΤΑΜΑΤΑ, ΌΠΩΣ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟΙ ΔΡΟΜΕΙΣ ΑΝΩΜΑΛΟΥ ΔΡΟΜΟΥ (ΜΕ ΔΕΜΕΝΑ ΜΑΤΙΑ)

34 ΠΩΣ ΝΑ ΑΠΟΦΥΓΟΥΝ ΤΗΝ ΠΤΩΣΗ ΚΑΙ ΤΟ ΣΤΑΜΑΤΗΜΑ ΤΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ;

35 1 Η ΙΣΧΥΣ ΕΝ ΤΗ ΕΝΩΣΕΙ ΔΡΟΜΕΙΣ ΠΙΑΣΜΕΝΟΙ ΧΕΡΙ ΧΕΡΙ ΜΕ ΑΠΟΛΥΤΑ ΣΥΓΧΡΟΝΙΣΜΕΝΟ ΒΗΜΑΤΙΣΜΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ ΣΕ ΥΠΕΡΑΓΩΓΙΜΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΣΤΗΝ ΙΔΙΑ ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΣΤΑΘΜΗ ΔΗΛΑΔΗ ΤΟ ΙΔΙΟ Ψ

36 ΩΡΑΙΑ, ΑΛΛΑ ΥΠΑΡΧΕΙ Η ΑΠΑΓΟΡΕΥΤΙΚΗ ΑΡΧΗ ΤΟΥ PAULI (ΓΙΑ ΣΩΜΑΤΙΑ ΜΕ ΗΜΙΑΚΕΡΑΙΟ ΣΠΙΝ) ΠΟΥ ΑΠΑΓΟΡΕΥΕΙ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ ΝΑ ΣΥΓΧΡΟΝΙΣΘΟΥΝ (ΜΕΧΡΙ ΔΥΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ ΜΟΝΟ ΣΤΗΝ ΙΔΙΑ ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΧΩΡΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ) ΑΝΑΛΟΓΙΑ: ΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ ΕIΝΑΙ ΣΑΝ ΝΑ ΕΧΟΥΝ ΈΝΑ ΧΕΡΙ

37 ΠΟΙΑ ΕIΝΑΙ Η ΛΥΣΗ ΣΤΟ ΑΔΙΕΞΟΔΟ; (ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΘΕΩΡΙΑΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ)

38 (2) ΖΕΥΓΑΡΩΜΑ (q = 2e) ΤΟ ΣΠΙΝ ΤΟΥ ΖΕΥΓΑΡΙΟΥ ΕΙΝΑΙ ΚΑΤ ΑΝΑΓΚΗ ΑΚΕΡΑΙΟ, ΑΡΑ ΠΑΡΑΚΑΜΠΤΕΤΑΙ Η ΑΡΧΗ ΤΟΥ PAULI ΠΡΩΤΑ ΖΕΥΓΑΡΩΝΟΥΝ ΚΑΙ ΜΕΤΑ ΤΑ ΖΕΥΓΑΡΙΑ ΣΥΓΧΡΟΝΙΖΟΝΤΑΙ

39 ΓΙΑ ΝΑ ΖΕΥΓΑΡΩΣΟΥΝ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΕΛΚΟΝΤΑΙ ΑΛΛΑ ΟΜΩΝΥΜΑ ΑΠΩΘΟΥΝΤΑΙ ΠΟΥ ΘΑ ΒΡΕΘΕΙ Η ΕΛΞΗ, Η ΟΠΟΙΑ ΘΑ ΥΠΕΡΝΙΚΗΣΕΙ ΤΗΝ ΑΠΩΣΗ; ΤΣΟΝΤΑ

40 (3) ΤΟ ΜΑΛΑΚΟ ΚΡΕΒΒΑΤΙ ΔΥΟ ΑΝΘΡΩΠΟΙ ΠΑΝΩ Σ ΕΝΑ ΜΑΛΑΚΟ ΚΡΕΒΒΑΤΙ ΤΕΙΝΟΥΝ ΝΑ ΠΕΣΟΥΝ Ο ΕΝΑΣ ΠΑΝΩ ΣΤΟΝ ΆΛΛΟ. Η ΕΜΜΕΣΗ ΑΥΤΉ ΕΛΞΗ ΕΙΝΑΙ ΤΟΣΟ ΠΙΟ ΜΕΓΑΛΗ ΟΣΟ ΤΟ ΚΡΕΒΒΑΤΙ ΕΙΝΑΙ ΜΑΛΑΚΟΤΕΡΟ ΚΑΙ ΟΣΟ ΟΙ ΑΝΘΡΩΠΟΙ ΠΙΟ ΒΑΡΙΟΙ

41 (4) ΤΟ ΔΙΑΖΥΓΙΟ 100% T ΕΜΜΕΣΗ ΕΛΞΗ ΑΜΕΣΗ ΑΠΩΣΗ μ* c λ = 2 V e l h ω D T C h ω D = exp 1 + λ k λ μ * Tc B max K ρ F (ΒCS*) (μέχρι το 1986)

42 (5) ΑΓΝΩΣΤΟΙ ΤΡΟΠΟΙ ΖΕΥΓΑΡΩΜΑΤΟΣ ή ΤΙ ΠΡΟΚΑΛΕΙ ΤΗΝ ΙΣΧΥΡΗ ΕΜΜΕΣΗ ΕΛΞΗ ΣΤΟΥΣ ΝΕΟΥΣ ΥΠΕΡΑΓΩΓΟΥΣ ΥΨΗΛΗΣ Τ C ; ENA ΣΗΜΑΝΤΙΚΟΤΑΤΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΤΗΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ

43 ΣΥΝΟΨΗ ΕΡΜΗΝΕΙΑΣ (επιγραμματικά) ΚΡΥΟ ΚΑΙΡΟΣ ΓΙΑ ΔΥΟ