En superleder er et element eller en metalllegering som, når det avkjøles under en viss terskelstemperatur, materialet dramatisk mister all elektrisk motstand. I prinsippet kan superledere tillate elektrisk strøm å flyte uten noe energitap (selv om en ideell superleder i praksis er veldig vanskelig å produsere). Denne typen strøm kalles en superstrøm.
Terskeltemperaturen under hvilket et materiale overgår til en superledertilstand betegnes som Tc, som står for kritisk temperatur. Ikke alle materialer blir til superledere, og materialene som har hver sin verdi av Tc.
Typer superledere
- Type I superledere fungerer som ledere ved romtemperatur, men når den er avkjølt nedenfor Tc, reduserer molekylbevegelsen i materialet nok til at strømmen av strømmen kan bevege seg uhindret.
- Superledere av type 2 er ikke spesielt gode ledere ved romtemperatur, overgangen til en superledertilstand er mer gradvis enn type 1 superledere. Mekanismen og det fysiske grunnlaget for denne endringen i tilstanden er foreløpig ikke helt forstått. Superledere av type 2 er vanligvis metalliske forbindelser og legeringer.
Oppdagelsen av superlederen
Superledelse ble først oppdaget i 1911 da kvikksølv ble avkjølt til omtrent 4 grader Kelvin av den nederlandske fysikeren Heike Kamerlingh Onnes, som ga ham Nobelprisen i fysikk fra 1913. I årene siden har dette feltet utvidet seg sterkt, og mange andre former for superledere er blitt oppdaget, inkludert type 2 superledere på 1930-tallet.
Den grunnleggende teori om superledelse, BCS Theory, tjente forskerne - John Bardeen, Leon Cooper og John Schrieffer - Nobelprisen i fysikk fra 1972. En del av Nobelprisen i fysikk i 1973 gikk til Brian Josephson, også for arbeid med superledelse.
I januar 1986 gjorde Karl Muller og Johannes Bednorz en oppdagelse som revolusjonerte hvordan forskere tenkte på superledere. Før dette punktet var forståelsen at superledelse manifesterte seg bare når den ble avkjølt til nær absolutt null, men ved å bruke et oksyd av barium, lantan og kobber, fant de ut at det ble en superleder på omtrent 40 grader Kelvin. Dette startet et løp for å oppdage materialer som fungerte som superledere ved mye høyere temperaturer.
I tiårene siden var de høyeste temperaturene som var nådd omtrent 133 grader Kelvin (selv om du kunne komme opp til 164 grader Kelvin hvis du brukte et høyt trykk). I august 2015 rapporterte et papir publisert i tidsskriftet Nature om oppdagelsen av superledelse ved en temperatur på 203 grader Kelvin når den var under høyt trykk.
Bruksområder for superledere
Superledere brukes i en rekke bruksområder, men spesielt innen strukturen til Large Hadron Collider. Tunnelene som inneholder bjelkene til ladede partikler er omgitt av rør som inneholder kraftige superledere. Superstrømmene som strømmer gjennom superlederne genererer et intenst magnetfelt gjennom elektromagnetisk induksjon, som kan brukes til å akselerere og lede teamet etter ønske.
I tillegg stiller superledere ut Meissner-effekt hvor de avbryter all magnetisk flux inne i materialet og blir perfekt diamagnetisk (oppdaget i 1933). I dette tilfellet reiser magnetfeltlinjene faktisk rundt den avkjølte superlederen. Det er denne egenskapen til superledere som ofte blir brukt i magnetiske levitasjonseksperimenter, for eksempel kvantelåsen man ser ved kvantelevitering. Med andre ord, hvis Tilbake til fremtiden stil hoverboards noensinne blitt en realitet. I en mindre dagligdagse applikasjon spiller superledere en rolle i moderne fremskritt i magnetisk levitasjonstog, som gir en kraftig mulighet for høyhastighets kollektivtransport som er basert på strøm (som kan være produsert ved hjelp av fornybar energi) i motsetning til ikke-fornybare strømalternativer som fly, biler og kulldrevne tog.
Redigert av Anne Marie Helmenstine, ph.d.