Gør højtemperatur-superledere nogen fremskridt?

Når materialer leder elektricitet, spildes noget energi som varme. Dette tab er kendt som modstand. Under visse forhold har nogle materialer dog ingen modstand overhovedet. Disse materialer kaldes superledere, og deres effektivitet i at transportere elektricitet og generere magnetiske felter gør dem afgørende i applikationer som magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) maskiner og Japans superhurtige maglev-togsystem.

Forskere så et materiale kortvarigt miste sin elektriske modstand ved stuetemperatur, når det blev pulseret med en laser. Dens struktur er illustreret her.

Men disse konventionelle superledere skal afkøles med flydende helium til omkring -270 °C, hvilket er dyrt og begrænser, hvor de kan bruges. Højtemperatur-superledere, først lavet i 1980'erne, bliver superledende ved omkring -135 °C, hvilket giver mulighed for mere praktiske køleprocesser, der bruger flydende nitrogen. Disse materialer kunne have mere vidtrækkende fordele, som at levere mere strøm til byer og levere energilagring til deres net (se superledende magneter til lagring i netskala). De kunne også i høj grad reducere størrelsen af ​​vindkraftgeneratorer, og de kan muligvis bruges i supercomputere.

Højtemperatur-superledere er blevet demonstreret i nogle få nicheapplikationer, herunder en kabelfødestrøm til Long Island (se A More Robust Grid for Manhattan) og på et skib fra den amerikanske flåde. Et Chicago-værktøj overvejer superledende kabler, der giver 10 gange lige så meget strøm som kobbertråde i samme størrelse. De kunne hjælpe med at reducere strømafbrydelser, fordi de hurtigt kan flytte strøm mellem transformerstationer i mængder, der ville stege traditionelt udstyr.

Men de nyere materialer er begrænsede, fordi de er svære at lave. Forskere forsøger stadig at lære mere om, hvordan disse højtemperatur-superledere fungerer, med det mål en dag at skabe materialer, der har disse egenskaber ved stuetemperatur. Der har været nogle nye fremskridt på området.

Varmer op

Fysikere i Hamborg Max Planck Institut for materiens struktur og dynamik viste, at en højtemperatursuperleder udsat for impulser fra en infrarød laser mistede sin elektriske modstand ved stuetemperatur. Laserimpulserne så ud til at flytte atomer i det keramiske materiales krystalgitter, siger forskerne i en Natur brev. Denne ændring blev observeret i kun trilliontedele af et sekund, men den kunne give forskerne flere fingerpeg om, hvordan man laver superledere, der fungerer ved højere temperaturer.

Ved University of Southern California , har forskere samlet en klynge af aluminiumsatomer, der viste superledning ved -173 °C i stedet for -272 °, hvilket er nødvendigt for at gøre typisk aluminium til en superleder. Forskningen blev offentliggjort i Nano bogstaver den 28. januar.

Flere eksperimenter

Fordi videnskabsmænd ikke har vidst præcist, hvad der får materialer til at fungere som højtemperatur-superledere, har processen med at finde nye været svær. I juni sidste år opdagede forskere fra University of Cambridge, at superledning i disse materialer kommer fra snoede lommer af elektroner. Detaljerne er beskrevet i et julibrev i Natur . Universitetet giver et foto af disse lommer og mere information om undersøgelsen her.

I samarbejde med forskere i Japan, Taiwan og Skotland beskriver Cornell University-forskere, hvordan de kan have fundet fingeraftryk af karakteristisk aktivitet i elektronerne i højtemperatur-jernsuperledere. Forskerne beskriver denne teoretiske tilgang i en Naturfysik brev.

Samtidig udgør nogle opdagelser tilbageslag for videnskabsmænd. I en Naturfysik artiklen forklarer Stanford-forskere, hvordan de opdagede uventet adfærd i et kobberoxidmateriale. En animeret video viser sig hvad de fandt.

Stærkere materialer

Nogle af nutidens højtemperatur-superledere kan bære så meget strøm, at de genererer magnetiske felter 100 gange stærkere end en køleskabsmagnet. Materialet skal være i stand til at indeholde styrken af ​​det magnetiske felt, ellers vil det eksplodere. Sidste juni, ingeniører fra University of Cambridge, Florida State University og Boeing slog rekord i 2003 for styrken af ​​en magnetisk kraft, der kunne være fanget inde i en superleder. Resultaterne blev detaljeret i Superleder Videnskab og Teknologi .

Takeaway:

Fortsatte spørgsmål om, hvorfor materialer bliver til højtemperatur-superledere, har gjort det vanskeligt at designe nye, der er mere praktiske at lave og bruge. Michael Norman, en fremtrædende stipendiat ved Argonne National Laboratory, skitserede for nylig forskning i højtemperatur-superledere gennem årene i en Natur anmeldelse. Det hjælper med at vise, hvorfor det ultimative mål med at udvikle en superleder ved stuetemperatur er langt væk.

Har du et stort spørgsmål? Send forslag til [email protected].

skjule