Hur fungerar en superledare?

För att förstå hur en superledare fungerar kan det vara bra att undersöka hur en vanlig ledare fungerar först.Vissa material som vatten och metall gör det möjligt för elektroner att rinna genom dem ganska enkelt, som vatten genom en trädgårdsslang.Andra material, såsom trä och plast, tillåter inte elektroner att rinna igenom, så de betraktas som icke-ledande.Att försöka köra elektricitet genom dem skulle vara som att försöka köra vatten genom en tegel.

Även bland de material som betraktas som ledande, kan det finnas stora skillnader i hur mycket el som faktiskt kan passera igenom.I elektriska termer kallas detta motstånd.Nästan alla normala ledare av elektricitet har viss motstånd eftersom de har sina egna atomer, som blockerar eller absorberar elektronerna när de passerar genom tråden, vatten eller annat material.Lite motstånd kan vara användbart för att hålla det elektriska flödet under kontroll, men det kan också vara ineffektivt och slösande.

En superledare tar idén om motstånd och vänder det på huvudet.En superledare består vanligtvis av syntetiska material eller metaller såsom bly eller niobiumtitan som redan har ett lågt atomantal.När dessa material är frysta till nästan absolut noll, vilka atomer de har slipat till en nära-har.Utan all denna atomaktivitet kan elektricitet strömma genom materialet med praktiskt taget inget motstånd.I praktiska termer skulle en datorprocessor eller elektriskt tågspår utrustad med en superledare använda mycket lite elektricitet för att utföra sina funktioner.

Det mest uppenbara problemet med en superledare är temperaturen.Det finns få praktiska sätt att supercool stora leveranser av superledande material till den nödvändiga övergångspunkten.När en superledare börjar värmas upp återställs den ursprungliga atomenergin och materialet skapar motstånd igen.Tricket för att skapa en praktisk superledare ligger i att hitta ett material som blir superledande vid rumstemperatur.Hittills har forskare inte upptäckt något metall eller sammansatt material som förlorar allt sitt elektriska motstånd vid höga temperaturer.

För att illustrera detta problem, föreställ dig en standard koppartråd som en flod av vatten.En grupp elektroner är i en båt som försöker komma fram till sin destination uppströms.Kraften i vattnet som flyter nedströms skapar motstånd, vilket gör att båten måste arbeta ännu hårdare för att komma igenom hela floden.När båten når sin destination är många av elektronpassagerarna för svaga för att fortsätta.Det här är vad som händer med en regelbunden ledare - det naturliga motståndet orsakar en förlust av kraft.

Föreställ dig nu om floden var helt frysta och elektronerna var i en släde.Eftersom det inte skulle finnas något vatten som flyter nedströms, skulle det inte finnas något motstånd.Släden skulle helt enkelt passera över isen och avsätta nästan alla elektronpassagerare säkert uppströms.Elektronerna förändrades inte, men floden förändrades av temperaturen för att inte sätta upp något motstånd.Att hitta ett sätt att frysa floden vid en normal temperatur är det ultimata målet för superledarforskning.