211service.com
Gjør superledere med høy temperatur noen fremgang?
Når materialer leder elektrisitet, går noe energi bort som varme. Dette tapet er kjent som motstand. Under visse forhold har imidlertid noen materialer ingen motstand i det hele tatt. Disse materialene kalles superledere, og deres effektivitet i å bære elektrisitet og generere magnetiske felt gjør dem avgjørende i applikasjoner som magnetisk resonansavbildning (MRI) og Japans superraske maglev-togsystem.
Forskere så et materiale kort miste sin elektriske motstand ved romtemperatur når det ble pulsert med en laser. Strukturen er illustrert her.
Men disse konvensjonelle superlederne må avkjøles med flytende helium til omtrent -270 °C, noe som er dyrt og begrenser hvor de kan brukes. Høytemperatur-superledere, først laget på 1980-tallet, blir superledende ved omtrent -135 °C, noe som muliggjør mer praktiske kjøleprosesser som bruker flytende nitrogen. Disse materialene kan ha mer omfattende fordeler, som å levere mer strøm til byer og gi energilagring for nettene deres (se superledende magneter for lagring i nettskala). De kan også redusere størrelsen på vindkraftgeneratorer, og de kan brukes i superdatamaskiner.
Høytemperatur-superledere har blitt demonstrert i noen få nisjeapplikasjoner, inkludert en kabeltilførselskraft til Long Island (se A More Robust Grid for Manhattan) og på et skip fra den amerikanske marinen. Et Chicago-verktøy vurderer superledende kabler som gir 10 ganger like mye strøm som kobbertråder i samme størrelse. De kan bidra til å redusere strømbrudd, fordi de raskt kan flytte strøm mellom nettstasjoner i mengder som ville steke tradisjonelt utstyr.
Men de nyere materialene er begrenset fordi de er vanskelige å lage. Forskere prøver fortsatt å lære mer om hvordan disse høytemperatursuperlederne fungerer, med målet om en dag å lage materialer som har disse egenskapene ved romtemperatur. Det har vært noen nye fremskritt på feltet.
Varmer opp
Fysikere ved Hamburg Max Planck-instituttet for materiens struktur og dynamikk viste at en høytemperatursuperleder utsatt for pulser fra en infrarød laser mistet sin elektriske motstand ved romtemperatur. Laserpulsene så ut til å skifte atomer i det keramiske materialets krystallgitter, sier forskerne i en Natur brev. Denne endringen ble observert i bare billioner av et sekund, men den kan gi forskerne flere ledetråder om hvordan de kan lage superledere som fungerer ved høyere temperaturer.
På Universitetet i Sør-California , har forskere satt sammen en klynge av aluminiumsatomer som viste superledning ved -173 °C i stedet for -272 °, som er nødvendig for å gjøre typisk aluminium til en superleder. Forskningen ble publisert i Nanobokstaver den 28. januar.
Flere eksperimenter
Fordi forskere ikke har visst nøyaktig hva som får materialer til å fungere som høytemperatursuperledere, har prosessen med å finne nye vært vanskelig. I juni i fjor oppdaget forskere ved University of Cambridge at superledning i disse materialene kommer fra vridde lommer av elektroner. Detaljene er beskrevet i et julibrev i Natur . Universitetet gir et bilde av disse lommene og mer informasjon om studiet her.
I samarbeid med forskere i Japan, Taiwan og Skottland beskriver Cornell University-forskere hvordan de kan ha funnet fingeravtrykk av karakteristisk aktivitet i elektronene i høytemperaturjernsuperledere. Forskerne beskriver denne teoretiske tilnærmingen i en Naturfysikk brev.
Samtidig utgjør noen funn tilbakeslag for forskere. I en Naturfysikk artikkel, for eksempel, forklarer Stanford-forskere hvordan de oppdaget uventet oppførsel i et kobberoksidmateriale. En animert video viser hva de fant.
Sterkere materialer
Noen av dagens høytemperatursuperledere kan bære så mye strøm at de genererer magnetiske felt 100 ganger kraftigere enn en kjøleskapsmagnet. Materialet må være i stand til å inneholde styrken til det magnetiske feltet, ellers vil det eksplodere. I juni i fjor, ingeniører fra University of Cambridge, Florida State University og Boeing slo en rekord fra 2003 for styrken til en magnetisk kraft som kan være fanget inne i en superleder. Resultatene ble detaljert i Superleder vitenskap og teknologi .
Takeaway:
Fortsatt spørsmål om hvorfor materialer blir høytemperatur-superledere har gjort det vanskelig å designe nye som er mer praktiske å lage og bruke. Michael Norman, en fremtredende stipendiat ved Argonne National Laboratory, skisserte nylig forskning på høytemperatursuperledere gjennom årene i en Natur anmeldelse. Det hjelper med å vise hvorfor det endelige målet med å utvikle en superleder med romtemperatur er langt unna.
Har du et stort spørsmål? Send forslag til [email protected] .