Hvad gør superledning ved høj temperatur mulig? Forskere kommer tættere på en samlet teori

Et hold fysikere ved University of California, Berkeley, University of Illinois, Urbana-Champaign og University of Maryland har fundet en måde at forudsige, hvilke materialer der vil blive superledende ved relativt høje temperaturer.

Forskerne udviklede en teori, der beskriver, hvordan interaktioner mellem elektroner og vibrationer i et krystalgitter giver anledning til superledning. Teorien forudsagde korrekt, at visse forbindelser fremstillet af arsen og brint ville være superledere ved temperaturer så høje som -23 grader Celsius, hvilket er meget højere end den kritiske temperatur for de fleste konventionelle superledere.

Denne nye forståelse af højtemperatur-superledning kan en dag føre til udviklingen af ​​nye materialer, der kan bære elektricitet uden modstand, hvilket revolutionerer den måde, vi driver vores hjem og virksomheder på.

Nøglen til superledning ved høje temperaturer

Superledning er et materiales evne til at lede elektricitet uden modstand. Det betyder, at en strøm af elektricitet kan strømme gennem en superleder uden tab af energi. Superledere bruges i en række forskellige applikationer, herunder MRI-maskiner, partikelacceleratorer og højhastighedstog.

Konventionelle superledere er kun i stand til at superlede ved meget lave temperaturer, tæt på det absolutte nulpunkt. Dette gør dem upraktiske til de fleste applikationer i den virkelige verden. I 1980'erne opdagede forskere en ny klasse af materialer kaldet højtemperatur-superledere, der kan superlede ved temperaturer så høje som -196 grader Celsius. Disse materialer har potentialet til at revolutionere mange teknologier, men deres udvikling er blevet hæmmet af en manglende forståelse af, hvad der gør dem superledende.

Den nye teori udviklet af forskerholdet giver en samlet forklaring på superledning ved høje temperaturer. Teorien viser, at superledning opstår fra vekselvirkninger mellem elektroner og vibrationer inden for en krystals gitter. Disse interaktioner giver anledning til en slags "superflydende" tilstand, hvor elektronerne strømmer gennem gitteret uden modstand.

Konsekvenserne af denne nye teori

Den nye teori er et stort gennembrud i forståelsen af ​​højtemperatur-superledning. Det giver en måde at forudsige, hvilke materialer der vil være superledere, og hvordan man designer materialer med endnu højere kritiske temperaturer. Dette kan føre til udviklingen af ​​nye superledende materialer, der kan bruges i en lang række applikationer.

Nogle mulige anvendelser af højtemperatur-superledere omfatter:

* Strømtransmission: Superledere kunne bruges til at overføre elektricitet over lange afstande med minimalt energitab. Dette ville give os mulighed for at bygge mere effektive elnet og reducere vores afhængighed af fossile brændstoffer.

* Magnetisk levitation: Superledere kunne bruges til at svæve tog over sporene, hvilket reducerer friktionen og tillader tog at køre med meget højere hastigheder.

* Magnetisk resonansbilleddannelse (MRI): Superledere bruges til at skabe de kraftige magnetfelter, der bruges i MR-maskiner. Dette kunne give os mulighed for at bygge mere kraftfulde og følsomme MR-maskiner.

Den nye teori er et stort skridt mod udviklingen af ​​disse og andre applikationer til højtemperatur-superledere. Det er et vidnesbyrd om kraften i videnskabelig forskning og har potentialet til at transformere den måde, vi lever vores liv på.