No.11은 전기 저항이없는 재료 "Superconductor"를 만듭니다

No.11 전기 저항이없는 재료
"Super Conductors"만들기

학제 간 기초 과학 연구소
고온 플레이 슬롯 재료 연구 분야
Kudo Kazuki 부교수

에너지 소비의 확장으로 인한 환경에 미치는 영향과 자원의 고갈은 사회적 문제가되었습니다. 저온 조건에서 전기 저항이없는 물질 인 플레이 슬롯 제는 전기 운송의 혁명 일뿐 만 아니라 의료 및 운송을 포함한 광범위한 분야에도 적용될 것으로 예상됩니다. 저렴한 비용과 고도로 성능 플레이 슬롯기를 찾아 전 세계에서 연구가 진행되고 있습니다. 학제 간 과학 연구소의 Kudo Kazuki 부교수는 화학 및 물리학에 대한 지식을 활용하는 독특한 접근법을 통해 획기적인 플레이 슬롯기를 다른 사람을 발견하고 있습니다.

-어떤 종류의 현상은 플레이 슬롯입니까?

이것은 특정 물질을 저온으로 냉각시킬 때 전기 저항이 0이되고 이러한 물질을 플레이 슬롯체라고하는 등 특정 물질이 특별 해지는 현상입니다.

전자가 흐르면 전류가 생성됩니다. 전자가 원자 선을 형성하는 "결정 격자"를 통해 흐르면 격자는 약간의 운동 에너지를 빼앗아 전자가 느려질 수 있습니다. 간단히 말해서 정글 체육관에서 크리스탈 격자를 상상하고 전자의 여러 공을 던지는 것을 상상해보십시오. 공이 목표에 부딪히고 목표를 제대로 통과 할 수없는 경우가 여러 번 있다고 생각합니다. 이것은 상당히 단순화되었지만 예를 들어이 메커니즘은 전기 저항이 발생하는 이유 중 하나입니다.

그러나 플레이 슬롯 상태에서 주제를 변경합니다. 이때, 전자는 쌍으로 이동하고, 제 2 전자는 첫 번째 전자에서 얻은 운동 에너지를 정확하게 그대로받습니다. 이것은 당신이 전반적으로 에너지를 잃지 않을 것임을 의미합니다. 이 조건은 온도가 임계 온도보다 온도에 도달하면 발생합니다. 임계 온도는 재료에 따라 다르며, 우리는 가능한 가장 중요한 온도를 가진 플레이 슬롯체를 만들기 위해 연구를 수행하고 있습니다.

-플레이 슬롯 연구의 현재 흐름에 대해 알려주십시오.

1911 년에 네덜란드 연구자들은 수은에서 초전도성 현상을 발견했으며 1957 년 초전도성에 대한 연구가 시작되었고 1957 년 미국 연구자들이 발표 한 BCS 이론은 "쌍으로 움직이는 전자"의 메커니즘을 보여 주었다.

연구가 진행됨에 따라 임계 온도는 점차적으로 증가했지만 플레이 슬롯는 여전히 매우 낮은 온도에서만 발생했습니다. 그러나 1986 년에 초등학교에있을 때 스위스 연구원들에 의한 산화 구리 플레이 슬롯체의 발견은 갑자기 임계 온도를 증가시켜 큰 플레이 슬롯 연구의 큰 물결을 일으켰습니다. 제가 대학에 등록하기 전인 1993 년에 수은 함유 구리 산화물에 대해 약 140 도의 임의 온도가보고되었습니다. 이 임계 온도는 약 196도보다 훨씬 높았으며, 이는 저렴한 액체 질소로 냉각 될 수 있으며 플레이 슬롯 연구는 빠르게 흥분을 얻고있었습니다. 그러나이 물질은 처리하기가 어렵고 독성 수은을 함유하는 세라믹이기 때문에 실제 사용하기가 어려웠습니다.

얼마 후, 2000 년대에, 높은 임계 온도의 플레이 슬롯체는 비교적 쉽게 처리하기 쉬운 금속 화합물에서 발견되어 다음 큰 파도를 유발했습니다. 2001 년, 오오야마 가쿠 인 대학교 (현재 오키마 아마 대학교 교수)의 아키 미츠 교수와 다른 사람들은 이보리드 마그네슘의 플레이 슬롯성을 발견했으며 2008 년 도쿄 기술 연구소의 호소노 (Hosono) 교수는 철 기반의 플레이 슬롯성을 발견했습니다. 현재까지, 철계 플레이 슬롯체는 약 -218 도의 임계 온도를 갖는 것으로보고되었습니다. 그러나 플레이 슬롯체에는 비싼 희토류가 포함되어있어 대량 생산하기가 어렵습니다.

우리는 이러한 문제를 해결하여 세 번째 웨이브를 만드는 새로운 플레이 슬롯기를 만드는 것을 목표로합니다. 최근 2015 년 독일 연구자들은 황화수소가 약 150 만 ATM의 매우 높은 압력에서 약 -70 도의 임계 온도에서 플레이 슬롯성을 나타냅니다. 매우 높은 압력으로 인해 즉시 사용할 수는 없지만, 실내 온도에 가까운 임계 온도의 플레이 슬롯체가 실제로 존재한다는 것을 보여주는 중요한 결과입니다.

-우리는 어떻게 플레이 슬롯기를 만드나요?

두 가지 주요 접근법이 있습니다. 하나는 새로운 재료를 처음부터 설계하고 다른 하나는 기존 재료의 구성을 재조합하는 것입니다.

전자가 쌍 및 초전도성을 형성하기 위해서는 전자 쌍 형성과 전자 사이에 에너지 전달이 발생해야하며,이를 위해서는 안정적인 순서가 아닌 중재자로서 "분획"이 필요합니다. 정글 체육관의 예에서, 크리스탈 격자는 변동을 가지고 있으며 전자 쌍의 형성을 중재합니다. 또한, 자기 모멘트의 방향 (물질의 미세 자석)과 전자의 배열로부터 변동이 생성 될 수 있고, 안정적인 구조로부터의 순서를 방해함으로써, 전자 쌍의 형성을 매개 할 수있다. 이러한 변동에 의해 생성 된 초전도성의 임계 온도는 격자 변동을 사용할 때보 다 높을 것으로 예상된다. 동일한 3 차원 구조를 갖는 재료는 매우 안정적이며 변동을 쉽게 유발하지 않기 때문에 주로 Mille-Feuille과 같은 재료를 디자인합니다.

새로운 물질에 대한 우리의 접근 방식 중 하나는 화학 지식을 기반으로 레고 블록과 같은 다양한 구조를 조립하는 것입니다. 예를 들어, 철은 일반 사면체 및 백금과 같은 고정 된 기본 구조를 가지고 있습니다. 우리는 원하는 구조를 만들기 위해 결합하는 방법과 이러한 구조가 서로 올바르게 연결되어 있고 결정화되는지 여부를 검사함으로써이를 결합합니다. 이 경우 각 요소의 기본 특성이 중요하므로주기적인 요소 테이블을 쳐다 보면서 생각할 것입니다. 그 후, 우리는 전자가 결정에서 어디로 흐르는지와 물리 지식에 따라 플레이 슬롯율을 유발할 수 있는지를 조사한 다음 실제로 물질을 합성합니다.

기존 재료를 사용하는 새로운 초전도체의 개발에 대해 최근에 우리가 흥미로운 것은 천연 미네랄의 조성을 부분적으로 재결합하는 접근법입니다. 자연스럽게 기존의 물질은 기본적으로 안정적인 구조를 가지므로 일부 결합이 절단되거나 일부 구조가 다른 분자로 대체되면, 위에서 언급 한 변동이 발생하여 초전도율을 유발할 가능성이 높아집니다. 우리는 종종 "자연을 곤경에 빠질 것입니다."라고 말합니다. 예를 들어, Caraveras라는 자연적인 미네랄이 있습니다. 물리 지식으로부터, 구조 내에 포함 된 텔 루륨 분자가 전자의 흐름을 차단하고 있다고 추론 할 수 있었다. 그래서 우리는 분자의 결합을 차단하고 새로운 초전도체가되었습니다. 천연 미네랄은 대량으로 생산하기 쉽고 과학자들이 생각하지 못한 초전도체에 대한 힌트를 제공하기 때문에 큰 잠재력이 있습니다.

-지금까지 어떤 종류의 플레이 슬롯기를 발견 했습니까?

지난 몇 년 동안, 우리는 주로 철, 니크, 팔라듐, 이리 디움, 백금 및 금과 같은 전이 금속을 기반으로 한 새로운 재료를 발견하고보고했습니다. 예를 들어, 2011 년에 철 및 백금을 기반으로 한 새로운 유형의 철계 플레이 슬롯체가 발견되었으며 당시 철 기반 플레이 슬롯체 중에서 세계에서 세 번째로 중요한 온도 인 임계 온도를 기록했습니다. 이 성과는 2014 년에 일본의 젊은 격려 상을 수상하게되었습니다.

단일 플레이 슬롯체가 발견되면 많은 힌트를 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 앞에서 언급 한 플레이 슬롯체에서, 나는 무기 화합물의 플레이 슬롯체 설계에서 분자를 사용하는 방법을 배울 수있었습니다. 그 후, 우리는 고가의 백금처럼 보이는 구조를 가진 새로운 플레이 슬롯체가 저렴한 비소 분자로 대체되었으며, 재료는 철계 플레이 슬롯체 중에서 세계에서 두 번째로 큰 임계 온도를 기록했습니다. 물리학 자들에게 분자를 사용한다는 아이디어는 드물며, 우리의 독특한 접근법은 화학에 대한 아이디어를 통합하는 것이라고 말할 수 있습니다. 내가 앞서 언급 한 Caraveras 광산의 플레이 슬롯는 진정 으로이 접근법의 산물입니다.

-화학 및 물리학에 대한 우리의 지식을 최대한 활용할 것입니다. 요컨대, 그 아이디어의 비결.

언뜻보기에 관련이없는 것들에 관심이 있습니까? 나는 응용 물리학과의 학생이었으며 커리큘럼에는 화학 강의가 포함되어 있기 때문에 화학에 관심이 있었고 연구했습니다. 연구에 관해서는, 나는 학생이었을 때부터 초전도성에 관심이 있었고 대학 및 대학원에서 초전도 연구를 수행하는 실험실에 합류했습니다. 그러나 대학원에서는 한 사람만이 자기 재료를 연구하고 있었고, 주변의 모든 사람들이 초전도체에 대한 연구를 수행하면서 한 눈으로 한 눈으로 지켜 보았습니다. 약간의 혼란이 있었고, 나는 "나는 다른 사람들과 다른 일을하고 싶다"(웃음)라고 생각했다. 또한, 대학원을 처음 완료하고 조교 (현재 조교수)가되었을 때, 나는 초전도체의 합성에서 멀어지고 주로 초전도의 특성을 정확하게 조사하기 위해 실험을 수행했습니다.

나는 초전도체 자료의 개발과 관련이없는 것처럼 보이는 것들의 축적은 오늘날의 연구의 아이디어와 기술을 확장하는 데 큰 도움이된다고 생각합니다. 그는 위의 경험에서 배운 것을 마련하고 "당신은 당신이 잘하는 것과 좋아하는 것을 발전시킬 수 있으므로 마음에 들지 않거나 싫어하는 일을하면 연구와 삶이 넓어집니다."

-미래의 전망은 무엇입니까?

가능한 한 높은 임계 온도를 가진 플레이 슬롯체를 계속 발견합니다. 이상적으로 액체 질소는 플레이 슬롯성을 생성 할 수 있지만 처리하기 쉬운 물질로서 마이너스 250도에서도 충분히 수익성이 있습니다. 실질적인 사용으로 구현할 때는 독성 물질이나 희토류를 가능한 한 많이 사용하지 않는 것이 중요합니다. 우리의 연구는 비소로 만들어진 플레이 슬롯체로 큰 결과를 얻었지만 비소는 독성이 있기 때문에 가능한 한 적은 설계를 고려하고 있습니다.

우리는 또한 철이나 구리가 아닌 요소를 기반으로 높은 임계 온도에서 플레이 슬롯체를 개발하는 것을 목표로하고 있습니다. 예를 들어, 높은 임계 온도의 망간 기반 플레이 슬롯체는 아직 만들어지지 않았습니다. 망간으로 제조 된 재료는 매우 안정적인 자기 모멘트 방향 및 전자 배열을 갖습니다. 따라서 일반적으로 플레이 슬롯성을 유발할 가능성이 적지만이 순서에서 변동을 생성하는 방법을 발견 할 수 있고 사용하는 데 사용될 수 있다면 높은 임계 온도에서 플레이 슬롯체를 발견하는 데 큰 돌파구가 될 수 있습니다.

-플레이 슬롯 기술은 무엇을 할 수 있습니까?

우선, 그것은 단순히 에너지의 막대한 절약으로 이어집니다. 전기 와이어로 운반되는 전기의 약 5%가 일본 가정으로 전기 저항을 통해 중간에 손실됩니다. 이것은 6 개의 원자력 발전소와 동일하다고합니다.

액체 질소 또는 기타 재료로 초전도체를 감싸는 특수 케이블을 사용함으로써 전기의 초기 수송이 가능합니다. 예를 들어, 태양 전지판은 사하라 사막 지역의 4 분의 1 이상을 전 세계의 전기 소비를 덮을 수 있다고합니다. 궁극적으로, "태양이 지구상에서 빛나는 곳에서 전력을 생성하고 수요가있는 곳으로 정확하게 전달함으로써 전 세계적으로 에너지를 효율적으로 사용하는 것이 가능할 수 있습니다. 일본에서는 요코하마 도시 에서이 케이블을 사용하여 전기 운송 실험이 있었으므로 꿈이 아닙니다.

또한 전기 저항이 0 인 경우, 플레이 슬롯체는 강력한 전자석이 될 수 있습니다. 이를 통해 차량이 떠 다니고 초고속 운전을 허용합니다. 이것은 이미 작품에 있습니다. 또한, 플레이 슬롯체 전자기는 신체의 단면을 포착하는 MRI (자기 공명 이미지)에도 사용되며 전자석이 더 강할수록 이미지를 더 깨끗하게 할 수 있습니다.

플레이 슬롯의 연구와 개발이 진행됨에 따라 우리의 삶이 완전히 변할 날이있을 수 있습니다.

전기
Kudou Kazutaka
1975 년에 태어났습니다. Tohoku University 공학 학부를 졸업하고 Tohoku University에서 박사 과정의 첫 번째 및 두 번째 학기를 마쳤습니다. 의사 (공학). 그의 전문 분야는 Solid State Physics입니다. 그는 Tohoku University의 Metals and Materials Institute, 플레이 슬롯의 자연 과학 대학원 조교수, 같은 학교 부교수, 같은 학교의 부교수로 재직했습니다.

(18.08.16)