Hoe werkt een supergeleider?

Om te begrijpen hoe een supergeleider werkt, kan het nuttig zijn om te onderzoeken hoe een reguliere dirigent eerst werkt.Bepaalde materialen zoals water en metaal laten elektronen er vrij gemakkelijk doorheen stromen, zoals water door een tuinslang.Andere materialen, zoals hout en plastic, laten geen elektronen doorheen stromen, zodat ze als niet-geleidend worden beschouwd.Proberen elektriciteit door hen te laten lopen zou zijn als proberen water door een baksteen te laten lopen.

Zelfs onder de materialen die als geleidend worden beschouwd, kunnen er enorme verschillen zijn in hoeveel elektriciteit daadwerkelijk kan passeren.In elektrische termen wordt dit weerstand genoemd.Bijna alle normale elektriciteitsgeleiders hebben enige weerstand omdat ze eigen atomen hebben, die de elektronen blokkeren of absorberen terwijl ze door de draad, water of ander materiaal gaan.Een beetje weerstand kan nuttig zijn om de elektrische stroom onder controle te houden, maar het kan ook inefficiënt en verspillend zijn.

Een supergeleider neemt het idee van weerstand en zet het op zijn kop.Een supergeleider bestaat in het algemeen uit synthetische materialen of metalen zoals lood of niobiumtitanium die al een laag atoomtelling hebben.Wanneer deze materialen zijn bevroren tot bijna absoluut nul, welke atomen ze hebben wel malen tot een bijna-helt.Zonder al deze atoomactiviteit kan elektriciteit door het materiaal stromen met praktisch geen weerstand.In praktische termen zou een computerprocessor of elektrisch treinspoor uitgerust met een supergeleider zeer weinig elektriciteit gebruiken om zijn functies uit te voeren.

Het meest voor de hand liggende probleem met een supergeleider is de temperatuur.Er zijn weinig praktische manieren om grote voorraden supergeleidend materiaal naar het vereiste overgangspunt te supercoolen.Zodra een supergeleider begint op te warmen, wordt de originele atomaire energie hersteld en creëert het materiaal opnieuw weerstand.De truc voor het creëren van een praktische supergeleider ligt in het vinden van een materiaal dat supergeleidend wordt bij kamertemperatuur.Tot nu toe hebben onderzoekers geen metaal- of composietmateriaal ontdekt dat al zijn elektrische weerstand bij hoge temperaturen verliest.

Om dit probleem te illustreren, stel je een standaard koperdraad voor als een rivier van water.Een groep elektronen is in een boot die probeert stroomopwaarts op hun bestemming te komen.De kracht van het water dat stroomafwaarts stroomt, creëert weerstand, waardoor de boot nog harder moet werken om door de hele rivier te komen.Tegen de tijd dat de boot zijn bestemming bereikt, zijn veel van de elektronenpassagiers te zwak om door te gaan.Dit is wat er gebeurt met een reguliere geleider - de natuurlijke weerstand veroorzaakt een verlies van stroom.

Stel je nu voor dat de rivier volledig bevroren was en de elektronen in een slee zaten.Omdat er geen water stroomafwaarts zou stromen, zou er geen weerstand zijn.De slee zou gewoon het ijs passeren en bijna alle elektronenpassagiers veilig stroomopwaarts deponeren.De elektronen veranderden niet, maar de rivier werd door temperatuur gewijzigd om geen weerstand op te zetten.Het vinden van een manier om de rivier bij een normale temperatuur te bevriezen, is het uiteindelijke doel van supergeleideronderzoek.