En supraledare är ett element eller en metallegering som, när den kyls under en viss tröskeltemperatur, förlorar materialet dramatiskt all elektrisk resistans. I princip kan supraledare tillåta elektrisk ström att flyta utan någon energiförlust (även om en ideal supraledare i praktiken är mycket svår att producera). Denna typ av ström kallas en superström.
Tröskeltemperaturen under vilken en materialövergångar till ett supraledartillstånd betecknas som T, som står för kritisk temperatur. Alla material förvandlas inte till supraledare, och de material som har var och en har sitt eget värde på Tc.
Typer av supraledare
Supraledare av typ I fungerar som ledare vid rumstemperatur, men när de kyls under Tc, den molekylära rörelsen i materialet minskar tillräckligt mycket för att strömflödet ska kunna röra sig obehindrat
Supraledare av typ 2 är inte särskilt bra ledare vid rumstemperatur, övergången till supraledare är mer gradvis än supraledare av typ 1. Mekanismen och den fysiska grunden för denna förändring i tillstånd är för närvarande inte helt klarlagd. Typ 2 supraledare är vanligtvis metalliska föreningar och legeringar.
Upptäckten av supraledare
Supraledare upptäcktes först 1911 när kvicksilver kyldes till cirka 4 grader Kelvin av Den holländska fysikern Heike Kamerlingh Onnes, vilket gav honom Nobelpriset i fysik 1913. Under åren sedan har detta område expanderat kraftigt och många andra former av supraledare har upptäckts, inklusive supraledare av typ 2 på 1930-talet.
Den grundläggande teorin om supraledning, BCS Theory, tjänade forskarna – John Bardeen, Leon Cooper och John Schrieffer — Nobelpriset i fysik 1972. En del av Nobelpriset i fysik 1973 gick till Brian Josephson, även han för arbete med supraledning.
I januari 1986 gjorde Karl Muller och Johannes Bednorz en upptäckt som revolutionerade hur forskare tänkte på supraledare. Före denna punkt var förståelsen att supraledning endast manifesterades när den kyldes till nära absolut noll, men med hjälp av en oxid av barium, lantan och koppar fann de att det blev en supraledare vid cirka 40 grader Kelvin. Detta inledde en kapplöpning för att upptäcka material som fungerade som supraledare vid mycket högre temperaturer.
Under decennierna sedan var de högsta temperaturerna som hade uppnåtts cirka 133 grader Kelvin (även om du kan komma upp till 164 grader Kelvin om du applicerar ett högt tryck). I augusti 2015 rapporterade en artikel publicerad i tidskriften Nature upptäckten av supraledning vid en temperatur på 203 grader Kelvin under högt tryck.
Tillämpningar av supraledare
Supraledare används i en mängd olika tillämpningar, men framför allt inom strukturen för Large Hadron Collider. Tunnlarna som innehåller strålarna av laddade partiklar är omgivna av rör som innehåller kraftfulla supraledare. Superströmmarna som strömmar genom supraledarna genererar ett intensivt magnetfält, genom elektromagnetisk induktion, som kan användas för att accelerera och styra laget efter önskemål.
Dessutom uppvisar supraledare Meissner-effekten där de avbryter allt magnetiskt flöde inuti material, som blev perfekt diamagnetiskt (upptäcktes 1933). I det här fallet rör sig magnetfältslinjerna faktiskt runt den kylda supraledaren. Det är denna egenskap hos supraledare som ofta används i magnetiska levitationsexperiment, såsom kvantlåsningen som ses vid kvantlevitation.
Med andra ord, om Back to the Future stil hoverboards någonsin blir verklighet. I en mindre vardaglig tillämpning spelar supraledare en roll i moderna framsteg inom magnetiska levitationståg, som ger en kraftfull möjlighet för höghastighets kollektivtrafik som är baserad på elektricitet (som kan genereras med förnybar energi) i motsats till icke-förnybar ström alternativ som flygplan, bilar och koldrivna tåg.
