På jagt efter superledere i stuetemperatur

Forestil dig en verden, hvor magnetisk levitation (maglev) tog er almindeligt, computere er lynhurtige, strømkabler har lidt tab, og der findes nye partikeldetektorer. Dette er den verden, hvor superledere ved stuetemperatur er en realitet. Indtil videre er dette en drøm om fremtiden, men videnskabsmænd er tættere end nogensinde på at opnå superledende rumtemperatur.

En stuetemperatur-superleder (RTS) er en type højtemperatur-superleder (høj-T)_c eller HTS), der fungerer tættere på stuetemperatur end til absolut nul. Arbejdstemperaturen over 0 ° C (273,15 K) er dog stadig godt under, hvad de fleste af os betragter som "normal" stuetemperatur (20 til 25 ° C). Under den kritiske temperatur er superleder har nul elektrisk modstand og udvisning af magnetiske fluxfelter. Selvom det er en forenkling, kan superledningsevne betragtes som en tilstand af perfekt elektrisk ledningsevne.

Superledere ved høj temperatur udviser superledningsevne over 30 K (−243,2 ° C). Mens en traditionel superleder skal køles med flydende helium for at blive superledende, kan en højtemperatur superleder

At bringe den kritiske temperatur for superledningsevne op til en praktisk temperatur er en hellig gral for fysikere og elektriske ingeniører. Nogle forskere mener, at superledningsevne ved stuetemperatur er umulig, mens andre peger på fremskridt, der allerede har overgået tidligere holdte forestillinger.

Superledelse blev opdaget i 1911 af Heike Kamerlingh Onnes i fast kviksølv afkølet med flydende helium (Nobelprisen i fysik fra 1913). Det var først i 1930'erne, at forskere foreslog en forklaring på, hvordan superledningsevne fungerer. I 1933 forklarede Fritz og Heinz London Meissner-effekt, hvor en superleder udviser interne magnetiske felter. Fra Londons teori voksede forklaringerne til at omfatte Ginzburg-Landau-teorien (1950) og mikroskopisk BCS-teori (1957, opkaldt efter Bardeen, Cooper og Schrieffer). I henhold til BCS-teorien så det ud til, at superledningsevne var forbudt ved temperaturer over 30 K. I 1986 opdagede Bednorz og Müller imidlertid den første højtemperatur-superleder, et lanthanbaseret cuprat-perovskitmateriale med en overgangstemperatur på 35 K. Opdagelsen gav dem 1987 Nobelprisen i fysik og åbnede døren for nye opdagelser.

Den hittil højeste temperaturleder, opdaget i 2015 af Mikhail Eremets og hans team, er svovlhydrid (H₃S). Svovlhydrid har en overgangstemperatur omkring 203 K (-70 ° C), men kun under ekstremt højt tryk (ca. 150 gigapascals). Forskere forudsige at den kritiske temperatur muligvis hæves over 0 ° C, hvis svovlatomerne erstattes af fosfor, platin, selen, kalium eller tellur, og der anvendes et stadig højere tryk. Selvom forskere har foreslået forklaringer på svovlhydridsystemets opførsel, har de imidlertid ikke været i stand til at gentage den elektriske eller magnetiske opførsel.

Der er gjort krav på superledende opførsel ved stuetemperatur for andre materialer udover svovlhydrid. Højtemperatur superleder yttrium barium kobberoxid (YBCO) kan blive superledende ved 300 K ved anvendelse af infrarøde laserpulser. Faststof-fysiker Neil Ashcroft forudsiger, at fast metalbrint skal være superledende nær stuetemperatur. Harvard-holdet, der hævdede at fremstille metallisk brint rapporterede, at Meissner-effekten var måske blevet observeret ved 250 K. Baseret på exciton-medieret elektronparring (ikke fonon-medieret parring af BCS teori), er det mulig højtemperatur-superledningsevne kan observeres i organiske polymerer under højre betingelser.

Adskillige rapporter om superledningsevne ved stuetemperatur vises i videnskabelig litteratur, så fra og med 2018 ser det ud til, at opnåelsen er mulig. Effekten varer dog sjældent længe og er djævelsk vanskelig at gentage. Et andet spørgsmål er, at der kan være behov for ekstremt pres for at opnå Meissner-effekten. Når et stabilt materiale er produceret, inkluderer de mest indlysende anvendelser udvikling af effektiv elektrisk ledningsføring og kraftfulde elektromagneter. Derfra er himlen grænsen, hvad angår elektronik. En superleder med stuetemperatur giver mulighed for intet energitab ved en praktisk temperatur. De fleste af anvendelserne af RTS er endnu ikke forestillet.

• En stuetemperatur-superleder (RTS) er et materiale, der er i stand til superledningsevne over en temperatur på 0 ° C. Det er ikke nødvendigvis superledende ved normal stuetemperatur.
• Selvom mange forskere hævder at have observeret superledningsevne ved stuetemperatur, har forskere ikke været i stand til at gentage resultaterne pålideligt. Dog findes der højtemperatur-superledere med overgangstemperaturer mellem −243,2 ° C og −135 ° C.
• Potentielle anvendelser af stuetemperatur-superledere inkluderer hurtigere computere, nye metoder til datalagring og forbedret energioverførsel.

• Bednorz, J. G.; Müller, K. EN. (1986). "Mulig høj TC-superledningsevne i Ba-La-Cu-O-systemet". Zeitschrift für Physik B. 64 (2): 189–193.
• Drozdov, A. P.; Eremets, M. JEG.; Troyan, jeg EN.; Ksenofontov, V.; Shylin, S. JEG. (2015). "Konventionel superledningsevne ved 203 kelvin ved høje tryk i svovlhydridsystemet". Natur. 525: 73–6.
• Ge, Y. F.; Zhang, F.; Yao, Y. G. (2016). "Første-principper demonstration af superledningsevne ved 280 K i hydrogensulfid med lav fosforsubstitution". Phys. Rev. B. 93 (22): 224513.
• Khare, Neeraj (2003). Håndbog til højtemperatursupralederelektronik. CRC Press.
• Mankowsky, R. Subedi, A.; Först, M.; Mariager, S. O.; Chollet, M.; Lemke, H. T.; Robinson, J. S.; Glownia, J. M.; Minitti, M. P.; Frano, A.; Fechner, M.; Spaldin, N. EN.; Loew, T.; Keimer, B.; Georges, A.; Cavalleri, A. (2014). "Ikke-lineær gitterdynamik som basis for forbedret superledningsevne i YBa₂Cu₃O_6.5". Natur. 516 (7529): 71–73.
• Mourachkine, A. (2004). Superledende rumtemperatur. Cambridge International Science Publishing.