Superledere er super modstandsdygtige over for magnetiske felter

En forsker ved University of Tsukuba har tilbudt en ny forklaring på, hvordan superledere udsat for et magnetfelt kan genoprette sig, uden tab af energi, til deres tidligere tilstand, efter at feltet er fjernet. Dette arbejde kan føre til en ny teori om superledning og et mere miljøvenligt elektrisk distributionssystem.

Superledere er en klasse af materialer med den fantastiske egenskab at kunne lede elektricitet med nul modstand. Faktisk, en elektrisk strøm kan cirkle rundt om en sløjfe af superledende ledning på ubestemt tid. Fangsten er, at disse materialer skal opbevares meget kolde, og alligevel, et stærkt magnetfelt kan få en superleder til at vende tilbage til det normale.

Det blev engang antaget, at den superledende til normale overgang forårsaget af et magnetfelt ikke let kunne vendes, da energien ville blive spredt ved den sædvanlige proces med Joule-opvarmning. Denne mekanisme, hvorved modstanden i normale ledninger omdanner elektrisk energi til varme, er det, der giver os mulighed for at bruge en elektrisk komfur eller rumvarmer.

"Joule-opvarmning betragtes normalt som negativt, fordi det spilder energi og kan endda få overbelastede ledninger til at smelte, " forklarer professor Hiroyasu Koizumi fra afdelingen for kvantekondenseret stoffysik, Center for Computational Sciences ved University of Tsukuba. "Imidlertid, det har været kendt i lang tid fra eksperimenter, at hvis du fjerner magnetfeltet, en strømførende superleder kan, faktisk, vende tilbage til sin tidligere tilstand uden tab af energi, "

Nu, Professor Koizumi har foreslået en ny forklaring på dette fænomen. I den superledende tilstand, elektroner parrer sig og bevæger sig synkront, men den sande årsag til denne synkroniserede bevægelse er tilstedeværelsen af ​​en såkaldt "bærforbindelse, " karakteriseret ved det topologiske kvantetal. Det er et heltal, og hvis det ikke er nul, strømmen flyder. Dermed, denne superstrøm kan slukkes brat ved at ændre dette tal til nul uden Joule-opvarmning.

Grundlæggeren af ​​moderne elektromagnetisk teori, James Clerk Maxwell, postulerede engang en lignende molekylær vortex-model, der forestillede rummet blive fyldt med drejning af strømme i små cirkler. Da alting drejede på samme måde, det mindede Maxwell om "tomgangshjul, " som var tandhjul, der blev brugt i maskiner til dette formål.

"Det overraskende er, at en model fra elektromagnetismens tidlige dage, ligesom Maxwells tomgangshjul, kan hjælpe os med at løse spørgsmål, der opstår i dag, " Professor Koizumi siger. "Denne forskning kan hjælpe med at føre til en fremtid, hvor energi kan leveres fra kraftværker til hjem med perfekt effektivitet."