Hva er superledning?

Superledning er en kul del av fysikk som har bruk i mange faktorer av livene våre. Hvis forskere var i stand til å oppdage en superleder for romtemperatur og trykk, ville det revolusjonere teknologien. Dessverre har dette vist seg å være en svært vanskelig oppgave, og det er kanskje ikke mulig i det hele tatt.

Hva er superledning?

En elektrisk leder er et materiale som kan lede elektrisitet. Hvert materiale har sin egen elektriske motstand som er et mål på dets motstand mot flyten av en elektrisk strøm. Et materiale med høy motstand er en dårlig leder og omvendt.

Superledning er et fysikkfenomen der et materiale har null elektrisk motstand. I denne tilstanden er det en rekke interessante og nyttige effekter. En superleder uten motstand betyr at en elektrisk strøm kan føres gjennom den uten å miste energi eller varme den opp. Dette kan tillate perfekt effektiv energioverføring og lagring.

Superledere kan også lage eksepsjonelt kraftige magneter, eksempler på dette finnes i MR-maskiner og i partikkelakseleratorer. Eksperimenter har vist at elektriske strømmer i disse magnetene kan vedvare i årevis uten noen målbar reduksjon i styrke. Forskning tyder på at strømmen vil være stabil i minst 100 000 år, med noen estimater som forutsier at strømmen vil kunne vedvare lenger enn universets estimerte levetid.

Når de plasseres over en magnet, danner superledere et like stort magnetfelt som frastøter magneten. Dette gjør at superledere kan levitere perfekt over eller under en magnet eller til og med langs et spor av magneter.

Krav til superledning

Et materiale begynner å superledende først under en viss temperatur, hvor dets elektriske motstand plutselig synker til null. Dessverre blir alle kjente superledere bare superledende ved ekstremt kalde temperaturer. En "Høytemperatur"-superleder er definert som et materiale som oppfører seg som en superleder over temperaturen til flytende nitrogen (73K eller -200°C). Den nøyaktige temperaturen der et materiales elektriske motstand faller til null kalles "kritisk temperatur".

Tips: Spesielt kalde elementer av fysikk måles vanligvis i Kelvin (K). Én Kelvin tilsvarer én grad Celsius, men Kelvin-skalaen starter på absolutt null, eller -273,15°C.

Den høyeste temperatur-superlederen som ble oppdaget, fra og med 2020, er Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127 som har en kritisk temperatur på 138K eller -135°C ved én atmosfæres trykk.

Temperatur er ikke den eneste viktige faktoren i superledning, trykk spiller også en rolle i en rekke superledere. Hydrogensulfid (H2S) har en kritisk temperatur på bare 203K (-70°C), og lantandekahydrid (LAH10) har en kritisk temperatur på 250K (-23°C). Dessverre må disse materialene ha et utrolig høyt trykk for å bli superledende, med H2S som trenger 986 923 atmosfærer med trykk og LaH10 trenger 1 677 770 atmosfærer.

Tips: Trykk på denne skalaen måles vanligvis i GPa eller Giga-pascal med tallene på henholdsvis 100 GPa og 170 GPa. For å gjøre denne verdien mer forståelig, er den konvertert til atmosfærer. Én trykkatmosfære er det gjennomsnittlige lufttrykket ved havnivå på jorden. Til sammenligning er trykket på det dypeste punktet av jordens hav, Challenger Deep in the Mariana-graven, 1071 atmosfærer på 10994 meter under havoverflaten.

Potensielle fremtidige bruksområder for superledere i romtemperatur

Begrepet "romtemperatur superleder" brukes for å referere til potensielle fremtidige materialer som viser superledning ved temperaturer over 273K eller 0 °C. For å bli spesielt nyttige i den virkelige verden, må disse materialene også være superledende ved eller nær én atmosfære av trykk.

En romtemperatur superleder vil bidra til å redusere verdens energiproblemer ved å nesten eliminere den elektriske energien som går tapt under langdistanseoverføring over kraftledninger. De vil også tillate raskere datamaskiner og minnelagringsenheter sammen med mer sensitive vitenskapelige sensorer. Det ville blitt mye billigere å kjøre de supersterke magnetene som brukes i enheter som partikkelakseleratorer, MR-maskiner, prototyper av kjernefusjonsreaktorer og maglev-tog, siden magnetene ikke ville kreve flytende nitrogen for å kjøle superlederen nok til å fungere.