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Periodensystem verrät potenzielle Supraleiter

Eignung als Hochtemperatur-Supraleiter ist an elementarer Elektronenverteilung ablesbar

Versteckte Gemeinsamkeiten: Bei der Suche nach neuen Hochtemperatur-Supraleitern könnte künftig ein Blick ins Periodensystem der Elemente genügen. Denn russische Chemiker haben herausgefunden, dass die widerstandslose Leitfähigkeit dieser Materialien auf einer elementaren Gesetzmäßigkeit beruht. Demnach scheinen Verbindungen von Wasserstoff mit Metallen einer bestimmten Elektronen-Konfiguration besonders günstig zu sein – und diese lässt sich am Periodensystem ablesen.

Bei der Suche nach neuen Hochtemperatur-Supraleitern könnte künftig ein Blick ins Periodensystem genügen.

© Jacob M./ istock

Supraleiter sind Materialien, die Elektronen ohne jeden Widerstand leiten. Spezielle Elektronen-Zustände im Kristallgitter dieser Materialien ermöglichen diese verlustfreie Leitung. Allerdings: Bei konventionellen Supraleitern tritt dies erst bei Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt auf – eher ungünstig für die praktische Anwendung.

Rätsel der Hochtemperatur-Supraleiter

Umso spannender ist die Entdeckung einiger Materialien, die schon bei deutlich höheren Temperaturen supraleitend werden. Darunter sind spezielle Kupferverbindungen, sogenannte Cuprate , aber auch der Schwefelwasserstoff (H ₂ S). Dieser wird unter sehr hohem Druck sogar schon bei minus 70 Grad supraleitend – ein Rekord.

Das Problem dabei: Bisher ist es eher Zufall, wenn Chemiker auf neue Hochtemperatur-Supraleiter stoßen. Denn der Zusammenhang zwischen dieser exotischen Eigenschaft und der chemischen Struktur dieser Materialien ist bisher unklar. Forscher wissen nicht, warum einige Verbindungen unter bestimmten Bedingungen supraleitend werden und andere nicht. Die Suche nach neuen Supraleitern beruht daher weitgehend auf Versuch und Irrtum.

Wo liegen die Gemeinsamkeiten?

Doch das könnte sich nun geändert haben. Denn Artem Oganov vom Moskauer Institut für Physik und Technologie und seine Kollegen haben eine Gesetzmäßigkeit entdeckt, die künftig helfen könnte, neue Hochtemperatur-Supraleiter gezielt aufzuspüren. Für ihre Studie hatten sie sich gezielt eine Gruppe supraleitender Metallhydride angeschaut – Verbindungen von Metallen mit Wasserstoff.

Ihr Verdacht: Vielleicht steckt hinter der Fähigkeit zur Hochtemperatur-Supraleitung ja eine bestimmte Elektronen-Konfiguration der beteiligten Elemente. Dann könnte man besonders vielversprechende Kandidaten direkt an ihrer Position im Periodensystem der Elemente erkennen.

Elektronen-Konfiguration als Wegweiser

Als die Forscher daraufhin einige bisher bekannte Supraleiter daraufhin verglichen, fiel ihnen etwas auf: Unter den Hochtemperatur-Supraleitern sind besonders viele Hydride mit Metallatomen, deren d-Orbitale nur durch ein Elektron besetzt sind, wie beispielsweise bei Actinium und anderen Elementen der Scandium-Gruppe. Ebenso günstig scheint die Elektronenkonfiguration bei einigen Erdalkalimetall-Hydriden zu sein.

Könnte hier das Geheimnis für neue Hochtemperatur-Supraleiter liegen? Um das zu testen, prüften Oganov und seine Kollegen nun gezielt einige Actinium-Hydride, deren Supraleiter-Status zuvor nicht bekannt war. Und tatsächlich: Diese Verbindungen erwiesen sich wie vorhergesagt als Hochtemperatur-Supraleiter. "Wir postulieren daher, dass Metalle mit einer p0 und d1-Elektronenkonfiguration und tiefliegenden leeren Orbitalen dazu neigen, als Polyhydride zu Hochtemperatur-Supraleitern zu werden", sagen die Forscher.

"Das Prinzip hinter diesem Zusammenhang zwischen Supraleitung und Periodensystem ist sehr einfach", sagt Oganov. "Es ist wirklich erstaunlich, dass niemand schon vorher darauf gekommen ist." Er und seine Kollegen hoffen nun, dass ihre neuen Erkenntnisse die Suche nach neuen Supraleitern erleichtern wird – vielleicht gelingt es damit sogar, endlich Materialien zu finden, die sogar schon bei Raumtemperatur supraleitend werden. (The Journal of Physical Chemistry Letters, 2018; doi: 10.1021/acs.jpclett.8b00615 )

I'm physical therapist.I have already started to work on feedbacks of human body  in variable gravity.We have to adapt our exercise and movemets for our future. / Bir fizyoterapist olarak değişken yerçekimli ortamlarda insan vücudunun bize verdiği cevapları çoktan incelemeye koyuldum.Geleceğimize adapte olmak için vücudumuzu adapte etmek zorundayız.Kemik yapımız,hareket paternlerimiz bir ve kaslarımız için bir çok uyarlama yapmak zorunda olacağız.Ancak inanıyorum ki kısa bir sürede bu adaptasyon başarılıp gelecek nesillerde doğal adaptasyonlar ile çok daha uyumlu formlara kavuşacağız.Birincil hedefim atılan ilk adımdan sonra insan ömrünün daha kaliteli sürdürülebilir olması.

Now this could in a way be the defense for the off-putting language ratio separation of parliamentary seats that has been presented. But it's time i start putting in my 2 cents on the important things. If we separate our societal representation by language then it will ultimately lead to strange politics where representatives of the 7 lesser languages will only represent a small amount of people and the too few to count minority language users will have no representation at all. As an international community we cannot just let there be segregation of language use. How the parliamentary district seats should be separated is a whole other discussion but this is a key aspect of the issue. It especially makes no sense when a key value is to make space more accessible to those within third world countries.

Another issue is that the English language has become the automatic source language so you must know English to understand what's going on with Asgardia. The forums, our only form of communication at the moment, is literally segregated by region. I thought we weren't doing region's. If we're going to separate into region's then the parliament should represent those regions.

I don't mean to raise too much alarm about the infantile system we're just starting, just the ambiguity of the language policies seem to be confusing and have the potential for discrimination.

The objective of “ Control of TCP muscles using Takagi–Sugeno–Kang fuzzy inference system ” is to control the force of a Twisted and coiled polymer (TCP)  actuator in a short period (i.e., small settling time), without applying high voltage and without breaking the actuator. In addition, the controllers must run in a commonly available digital microprocessor/microcontroller using analog to digital converter (ADC) and digital to analog converter (DAC) for practical implementation. Moreover, the controllers must be robust and work in the presence of sensor noise and disturbance. Our methodology is to use black-box system identification to find the order of the actuator, model the system as a discrete-time state space system, estimate the state space parameters with the prediction error method (PEM), use a digital PI controller to ensure a robust closed-loop system and short time to steady-state, and use Takagi–Sugeno–Kang (TSK) to design a faster digital controller.

There are four important target in modeling and control of TCP actuators:

(1) Determining the force of an actuator in response to voltage for different geometries,

(2) Modelling the system in observable form and discrete-time,

(3) Designing digital controllers

(4) Increasing the speed of actuation without decreasing the actuator lifetime.