Op zoek naar Supergeleiders op kamertemperatuur

Stel je een wereld voor waarin treinen met magnetische levitatie (maglev) zijn alledaags, computers zijn razendsnel, stroomkabels hebben weinig verlies en er bestaan ​​nieuwe deeltjesdetectoren. Dit is de wereld waarin supergeleiders op kamertemperatuur een realiteit zijn. Tot dusver is dit een droom van de toekomst, maar wetenschappers zijn dichter dan ooit bij het bereiken van supergeleiding bij kamertemperatuur.

Een supergeleider op kamertemperatuur (RTS) is een type supergeleider op hoge temperatuur (high-T_c of HTS) die dichter bij opereert kamertemperatuur dan absolute nulpunt. De bedrijfstemperatuur boven 0 ° C (273,15 K) ligt echter nog steeds ver onder wat de meesten van ons beschouwen als "normale" kamertemperatuur (20 tot 25 ° C). Onder de kritische temperatuur, de supergeleider heeft nul elektrische weerstand en verdrijving van magnetische fluxvelden. Hoewel het een overdreven vereenvoudiging is, kan supergeleiding worden beschouwd als een toestand van perfectie elektrische geleiding.

Hoge-temperatuur supergeleiders vertonen supergeleiding boven 30 K (−243,2 ° C). Terwijl een traditionele supergeleider moet worden gekoeld met vloeibaar helium om supergeleidend te worden, kan een supergeleider met hoge temperatuur gekoeld met vloeibare stikstof. Een supergeleider op kamertemperatuur zou dat wel kunnen zijn gekoeld met gewoon waterijs.

Het is een heilige graal voor natuurkundigen en elektrotechnici om de kritische temperatuur voor supergeleiding op een praktische temperatuur te brengen. Sommige onderzoekers zijn van mening dat supergeleiding bij kamertemperatuur onmogelijk is, terwijl anderen wijzen op vorderingen die eerder vastgehouden overtuigingen al hebben overtroffen.

Supergeleiding werd in 1911 ontdekt door Heike Kamerlingh Onnes in vast kwik gekoeld met vloeibaar helium (Nobelprijs voor de natuurkunde 1913). Het was pas in de jaren dertig dat wetenschappers een verklaring voorstelden over hoe supergeleiding werkt. In 1933 legden Fritz en Heinz London de Meissner-effect, waarin een supergeleider interne magnetische velden verdrijft. Uit de Londense theorie groeide de uitleg met de Ginzburg-Landau-theorie (1950) en de microscopische BCS-theorie (1957, genoemd naar Bardeen, Cooper en Schrieffer). Volgens de BCS-theorie leek supergeleiding verboden bij temperaturen boven 30 K. Maar in 1986 ontdekten Bednorz en Müller de eerste hoge-temperatuur supergeleider, een op lanthaan gebaseerd cuprate perovskiet materiaal met een overgangstemperatuur van 35 K. De ontdekking leverde hen de Nobelprijs voor Natuurkunde 1987 op en opende de deur voor nieuwe ontdekkingen.

De hoogste temperatuur supergeleider tot nu toe, ontdekt in 2015 door Mikhail Eremets en zijn team, is zwavelhydride (H₃S). Zwavelhydride heeft een overgangstemperatuur van ongeveer 203 K (-70 ° C), maar alleen onder extreem hoge druk (ongeveer 150 gigapascal). Onderzoekers voorspellen dat de kritische temperatuur kan worden verhoogd boven 0 ° C als de zwavelatomen worden vervangen door fosfor, platina, selenium, kalium of telluur en er wordt een nog hogere druk toegepast. Hoewel wetenschappers verklaringen hebben voorgesteld voor het gedrag van het zwavelhydride-systeem, konden ze het elektrische of magnetische gedrag niet repliceren.

Er is beweerd dat supergeleidend gedrag bij kamertemperatuur voor andere materialen dan zwavelhydride geldt. De hoge temperatuur supergeleider yttrium barium koperoxide (YBCO) kan bij 300 K supergeleidend worden met behulp van infrarood laserpulsen. Vaste-stoffysicus Neil Ashcroft voorspelt dat vaste metallische waterstof supergeleidend zou moeten zijn bij kamertemperatuur. Het Harvard-team dat beweerde metallische waterstof te maken, meldde dat het Meissner-effect mogelijk is waargenomen bij 250 K. Gebaseerd op exciton-gemedieerde elektronenparing (niet op fonon-gemedieerde paring van BCS-theorie), dat is het mogelijke hoge-temperatuur supergeleiding kan worden waargenomen in organische polymeren rechts voorwaarden.

Talrijke rapporten van supergeleiding bij kamertemperatuur verschijnen in wetenschappelijke literatuur, dus vanaf 2018 lijkt de prestatie mogelijk. Het effect duurt echter zelden lang en is duivels moeilijk te repliceren. Een ander probleem is dat extreme druk nodig kan zijn om het Meissner-effect te bereiken. Zodra een stabiel materiaal is geproduceerd, zijn de meest voor de hand liggende toepassingen de ontwikkeling van efficiënte elektrische bedrading en krachtige elektromagneten. Vanaf daar is de lucht de limiet, wat elektronica betreft. Een supergeleider op kamertemperatuur biedt de mogelijkheid van geen energieverlies bij een praktische temperatuur. De meeste toepassingen van RTS moeten nog worden bedacht.

• Een kamertemperatuur supergeleider (RTS) is een materiaal dat supergeleidend kan zijn boven een temperatuur van 0 ° C. Het is niet per se supergeleidend bij normale kamertemperatuur.
• Hoewel veel onderzoekers beweren supergeleiding bij kamertemperatuur te hebben waargenomen, hebben wetenschappers de resultaten niet betrouwbaar kunnen repliceren. Er bestaan ​​echter supergeleiders voor hoge temperaturen, met overgangstemperaturen tussen -243,2 ° C en -135 ° C.
• Potentiële toepassingen van supergeleiders bij kamertemperatuur zijn snellere computers, nieuwe methoden voor gegevensopslag en verbeterde energieoverdracht.

• Bednorz, J. G.; Müller, K. EEN. (1986). "Mogelijk hoge TC supergeleiding in het Ba-La-Cu-O-systeem". Zeitschrift für Physik B. 64 (2): 189–193.
• Drozdov, A. P.; Eremets, M. IK.; Troyan, I. EEN.; Ksenofontov, V.; Shylin, S. IK. (2015). "Conventionele supergeleiding bij 203 Kelvin bij hoge drukken in het zwavelhydridesysteem". Natuur. 525: 73–6.
• Ge, Y. F.; Zhang, F.; Yao, Y. G. (2016). "Eerste principes demonstratie van supergeleiding bij 280 K in waterstofsulfide met lage fosforvervanging". Phys. Rev. B.. 93 (22): 224513.
• Khare, Neeraj (2003). Handboek van hoge temperatuur supergeleiderelektronica. CRC Druk.
• 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. EEN.; Loew, T.; Keimer, B.; Georges, A.; Cavalleri, A. (2014). "Niet-lineaire roosterdynamiek als basis voor verbeterde supergeleiding in YBa₂Cu₃O_6.5". Natuur. 516 (7529): 71–73.
• Mourachkine, A. (2004). Supergeleiding op kamertemperatuur. Cambridge International Science Publishing.