Hvad er superledning?

Superledning er en cool del af fysikken, der har anvendelse i mange faktorer af vores liv. Hvis forskere var i stand til at opdage en superleder ved stuetemperatur og tryk, ville det revolutionere teknologien. Desværre har dette vist sig at være en meget vanskelig opgave, og det er måske slet ikke muligt.

Hvad er superledning?

En elektrisk leder er et materiale, der kan lede elektricitet. Hvert materiale har sin egen elektriske modstand, som er et mål for dets modsætning til strømmen af ​​en elektrisk strøm. Et materiale med høj modstand er en dårlig leder og omvendt.

Superledning er et fysikfænomen, hvor et materiale har nul elektrisk modstand. I denne tilstand er der en række interessante og nyttige effekter. En superleder uden modstand betyder, at en elektrisk strøm kan føres gennem den uden nogensinde at miste energi eller varme den op. Dette kan tillade perfekt effektiv energitransmission og -lagring.

Superledere kan også skabe usædvanligt kraftige magneter, eksempler på dette kan findes i MR-maskiner og i partikelacceleratorer. Eksperimenter har vist, at elektriske strømme i disse magneter kan vare ved i årevis uden noget målbart fald i styrke. Forskning tyder på, at strømmen ville være stabil i mindst 100.000 år, med nogle skøn, der forudsiger, at strømmen ville være i stand til at vare længere end universets anslåede levetid.

Når de placeres over en magnet, danner superledere et ens magnetfelt, der frastøder magneten. Dette gør det muligt for superledere at svæve perfekt over eller under en magnet eller endda langs et spor af magneter.

Krav til superledning

Et materiale begynder først at superledende under en vis temperatur, hvor dets elektriske modstand pludselig falder til nul. Desværre bliver alle kendte superledere kun superledende ved ekstremt kolde temperaturer. En "Højtemperatur"-superleder er defineret som et materiale, der opfører sig som en superleder over temperaturen af ​​flydende nitrogen (73K eller -200°C). Den nøjagtige temperatur, ved hvilken et materiales elektriske modstand falder til nul, kaldes den "kritiske temperatur".

Tip: Særligt kolde fysikelementer måles generelt i Kelvin (K). En Kelvin svarer til en grad Celsius, men Kelvin-skalaen starter ved det absolutte nul, eller -273,15°C.

Den højeste temperatur superleder opdaget i 2020 er Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127, som har en kritisk temperatur på 138K eller -135°C ved én atmosfæres tryk.

Temperatur er ikke den eneste vigtige faktor i superledning, tryk spiller også en rolle i en række superledere. Svovlbrinte (H2S) har en kritisk temperatur på kun 203K (-70°C), og lanthandecahydrid (LAH10) har en kritisk temperatur på 250K (-23°C). Desværre skal disse materialer have et utroligt højt tryk for at blive superledende, hvor H2S har brug for 986.923 atmosfærers tryk og LaH10 har brug for 1.677.770 atmosfærer.

Tip: Tryk på denne skala måles generelt i GPa eller Giga-pascal, hvor tallene er henholdsvis 100 GPa og 170 GPa. For at gøre denne værdi mere forståelig, er den blevet omdannet til atmosfærer. En trykatmosfære er det gennemsnitlige lufttryk ved havoverfladen på Jorden. Til sammenligning er trykket på det dybeste punkt af Jordens oceaner, Challenger Deep i Mariana-graven, 1.071 atmosfærer ved 10.994 meter under havets overflade.

Potentielle fremtidige anvendelser for superledere ved stuetemperatur

Udtrykket "rumtemperatur-superleder" bruges til at henvise til potentielle fremtidige materialer, der udviser superledning ved temperaturer over 273K eller 0°C. For at blive særligt anvendelige i den virkelige verden skal disse materialer også være superledende ved eller tæt på én atmosfære af tryk.

En superleder ved stuetemperatur ville hjælpe med at reducere verdens energiproblemer ved næsten at eliminere den elektriske energi, der går tabt under langdistancetransmission over elledninger. De ville også give mulighed for hurtigere computere og hukommelseslagringsenheder sammen med mere følsomme videnskabelige sensorer. Det ville blive meget billigere at køre de superstærke magneter, der bruges i enheder som partikelacceleratorer, MRI-maskiner, prototyper af kernefusionsreaktorer og maglev-tog, da magneterne ikke ville kræve flydende nitrogen for at køle superlederen nok til at virke.