På jakt etter superledere i romtemperatur

Se for deg en verden der magnetisk levitasjon (maglev) er vanlig, datamaskiner er lynraske, strømkabler har lite tap og nye partikkeldetektorer finnes. Dette er en verden der superledere i romtemperatur er en realitet. Så langt er dette en drøm om fremtiden, men forskere er nærmere enn noen gang å oppnå superledende romtemperatur.

En romtemperatur superleder (RTS) er en type høytemperatur superleder (high-T)_c eller HTS) som opererer nærmere romtemperatur enn til absolutt null. Driftstemperaturen over 0 ° C (273,15 K) er imidlertid fortsatt godt under det de fleste av oss anser som "normal" romtemperatur (20 til 25 ° C). Under den kritiske temperaturen, superleder har null elektrisk motstand og utvisning av magnetiske fluksfelt. Selv om det er en overforenkling, kan superledelse tenkes som en tilstand av perfekt elektrisk Strømføringsevne.

Høytemperatur superledere har superledelse over 30 K (−243,2 ° C). Mens en tradisjonell superleder må avkjøles med flytende helium for å bli superledende, kan en høy temperatur superleder være

Å bringe den kritiske temperaturen for superledelse til en praktisk temperatur er en hellig gral for fysikere og elektroingeniører. Noen forskere mener superledelse i romtemperatur er umulig, mens andre peker på fremskritt som allerede har overgått tidligere tro.

Superledelse ble oppdaget i 1911 av Heike Kamerlingh Onnes i fast kvikksølv avkjølt med flytende helium (1913 Nobel Prize in Physics). Det var først på 1930-tallet at forskere foreslo en forklaring på hvordan superledelse fungerer. I 1933 forklarte Fritz og Heinz London Meissner-effekt, der en superleder utvider indre magnetiske felt. Fra Londons teori vokste forklaringer til å omfatte Ginzburg-Landau-teorien (1950) og mikroskopisk BCS-teori (1957, oppkalt etter Bardeen, Cooper og Schrieffer). I følge BCS-teorien virket det som superledelse var forbudt ved temperaturer over 30 K. Likevel, Bednorz og Müller i 1986 oppdaget den første supertemperatøren for høy temperatur, et lantanbasert cuprate-perovskittmateriale med en overgangstemperatur på 35 K. Oppdagelsen tjente dem Nobelprisen i fysikk i 1987 og åpnet døren for nye funn.

Den hittil høyeste temperaturlederen, oppdaget i 2015 av Mikhail Eremets og teamet hans, er svovelhydrid (H₃S). Svovelhydrid har en overgangstemperatur rundt 203 K (-70 ° C), men bare under ekstremt høyt trykk (rundt 150 gigapascals). Forskere forutsi at den kritiske temperaturen kan heves over 0 ° C hvis svovelatomene erstattes av fosfor, platina, selen, kalium eller tellur og det fremdeles blir høyere trykk. Mens forskere har foreslått forklaringer på oppførselen til svovelhydridsystemet, har de imidlertid ikke vært i stand til å gjenskape den elektriske eller magnetiske oppførselen.

Det er hevdet superledende oppførsel ved romtemperatur for andre materialer foruten svovelhydrid. Høy temperatur superleder yttrium barium kobberoksyd (YBCO) kan bli superledende ved 300 K ved bruk av infrarøde laserpulser. Faststofffysiker Neil Ashcroft spår at fast metallisk hydrogen bør være superledende nær romtemperatur. Harvard-teamet som hevdet å lage metallisk hydrogen rapporterte at Meissner-effekten kan ha blitt observert ved 250 K. Basert på exciton-mediert elektronparing (ikke fonon-mediert parring av BCS teori), er det mulig høy-temperatur superledelse kan observeres i organiske polymerer under høyre side forhold.

Tallrike rapporter om superledelse i romtemperatur vises i vitenskapelig litteratur, så fra og med 2018 virker oppnåelsen mulig. Imidlertid varer effekten sjelden lenge og er djevelsk vanskelig å gjenskape. En annen sak er at det kan være nødvendig med ekstremt press for å oppnå Meissner-effekten. Når et stabilt materiale er produsert, inkluderer de mest åpenbare bruksområdene utvikling av effektive elektriske ledninger og kraftige elektromagneter. Derfra er himmelen grensen, så langt det gjelder elektronikk. En superleder i romtemperatur gir muligheten for ikke noe energitap ved en praktisk temperatur. De fleste av applikasjonene til RTS er ennå ikke forestilt.

• En romtemperert superleder (RTS) er et materiale som er i stand til superledelse over en temperatur på 0 ° C. Det er ikke nødvendigvis superledende ved normal romtemperatur.
• Selv om mange forskere hevder å ha observert superledningsevne i romtemperatur, har forskere ikke vært i stand til å gjenskape resultatene pålitelig. Imidlertid eksisterer høy-temperatur superledere, med overgangstemperaturer mellom −243,2 ° C og −135 ° C.
• Potensielle bruksområder for superledere i romtemperatur inkluderer raskere datamaskiner, nye metoder for datalagring og forbedret energioverføring.

• Bednorz, J. G.; Müller, K. EN. (1986). "Mulig høy TC superledelse 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). "Konvensjonell superledelse ved 203 kelvin ved høye trykk i svovelhydridsystemet". Natur. 525: 73–6.
• Ge, Y. F.; Zhang, F.; Yao, Y. G. (2016). "Første prinsipper demonstrasjon av superledelse ved 280 K i hydrogensulfid med lav fosforsubstitusjon". Phys. Rev. B. 93 (22): 224513.
• Khare, Neeraj (2003). Håndbok for høytemperatur superledende elektronikk. 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 gitterdynamikk som grunnlag for forbedret superledelse i YBa₂Cu₃O_6.5". Natur. 516 (7529): 71–73.
• Mourachkine, A. (2004). Superledende rom-temperatur. Cambridge International Science Publishing.