En superleder er et element eller en metallisk legering, som når det afkøles under en bestemt tærskeltemperatur mister materialet dramatisk al elektrisk modstand. I princippet kan superledere tillade det elektrisk strøm at flyde uden energitab (selvom en praktisk superleder i praksis er meget svært at fremstille). Denne type strøm kaldes en superstrøm.
Tærskeltemperaturen, under hvilken et materiale overgår til en superledertilstand, betegnes som Tc, der står for kritisk temperatur. Ikke alle materialer bliver til superledere, og de materialer, der hver især har deres egen værdi af Tc.
Typer af superledere
- Type I superledere fungerer som ledere ved stuetemperatur, men når de afkøles nedenfor Tc, den molekylære bevægelse inden i materialet reducerer nok til, at strømmen af strømmen kan bevæge sig uhindret.
- Superledere af type 2 er ikke særlig gode ledere ved stuetemperatur, overgangen til en superledertilstand er mere gradvis end type 1 superledere. Mekanismen og det fysiske grundlag for denne ændring af tilstanden er for tiden ikke fuldt ud forstået. Superledere af type 2 er typisk metalliske forbindelser og legeringer.
Opdagelse af superlederen
Superledelse blev først opdaget i 1911, da kviksølv blev afkølet til cirka 4 grader Kelvin af den hollandske fysiker Heike Kamerlingh Onnes, som gav ham 1913 Nobelprisen i fysik. I årene siden er dette felt meget udvidet, og mange andre former for superledere er blevet opdaget, herunder type 2 superledere i 1930'erne.
Den grundlæggende teori om superledelse, BCS Theory, tjente forskerne - John Bardeen, Leon Cooper og John Schrieffer - Nobelprisen i fysik fra 1972. En del af Nobels pris i fysik i 1973 gik til Brian Josephson, også for arbejde med superledelse.
I januar 1986 opdagede Karl Muller og Johannes Bednorz en opdagelse, der revolutionerede, hvordan forskere tænkte på superledere. Forud for dette punkt var forståelsen, at superledningsevne kun manifesteredes, når den blev afkølet til nær absolut nul, men ved hjælp af et oxid af barium, lanthanum og kobber fandt de, at det blev en superleder ved cirka 40 grader Kelvin. Dette indledte et løb for at finde materialer, der fungerede som superledere ved meget højere temperaturer.
I årtierne siden var de højeste temperaturer, der var nået, ca. 133 grader Kelvin (skønt du kunne komme op til 164 grader Kelvin, hvis du anvendte et højt tryk). I august 2015 rapporterede et papir, der blev offentliggjort i tidsskriftet Nature, opdagelsen af superledningsevne ved en temperatur på 203 grader Kelvin, under højt pres.
Anvendelser af superledere
Superledere bruges i forskellige applikationer, men især inden for strukturen af Large Hadron Collider. Tunnelerne, der indeholder bjælker af ladede partikler, er omgivet af rør, der indeholder kraftfulde superledere. Superstrømmene, der strømmer gennem superlederne, genererer et intensivt magnetfelt igennem elektromagnetisk induktion, der kan bruges til at fremskynde og lede teamet efter ønske.
Derudover udviser superledere Meissner-effekt hvor de annullerer al magnetisk flux inde i materialet og bliver perfekt diamagnetisk (opdaget i 1933). I dette tilfælde kører magnetfeltlinjerne faktisk rundt i den afkølede superleder. Det er denne egenskab hos superledere, der ofte bruges i magnetiske levitation-eksperimenter, såsom kvantelåsen, der ses i kvanteopløsning. Med andre ord, hvis Tilbage til fremtiden stil hoverboards bliver nogensinde en realitet. I en mindre dagligdags anvendelse spiller superledere en rolle i moderne fremskridt i magnetiske levitationstog, der giver en stærk mulighed for højhastigheds offentlig transport, der er baseret på elektricitet (hvilket kan være genereret ved hjælp af vedvarende energi) i modsætning til ikke-vedvarende aktuelle indstillinger som fly, biler og kuldrevne togene.
Redigeret af Anne Marie Helmenstine, ph.d.