Het nieuws duurt tegenwoordig niet lang meer zonder een of andere supergeleideraankondiging. Helaas zijn deze in verschillende categorieën te verdelen: materialen die warmere temperaturen vereisen dan eerdere materialen, maar nog steeds cryogene koeling vereisen, materialen die zeer hoge drukken vereisen, of materialen die bij nader onderzoek niet echt supergeleiders zijn. Maar het is duidelijk dat de heilige graal een supergeleidend materiaal is dat werkt bij redelijke temperaturen bij omgevingstemperatuur. De meeste mensen noemen dat een supergeleider op kamertemperatuur, maar de realiteit is dat je eigenlijk een 'gewone temperatuur- en druksupergeleider' wilt, maar dat is een mondvol.

In de Hackaday-bunker hebben we zitten puzzelen wat we zullen doen als de dag komt dat iemand het voor elkaar krijgt. Het is niet zo dat we een heleboel onvoltooide projecten hebben waarvoor we supergeleiders nodig hebben. Wat gaan we doen met een supergeleider op kamertemperatuur, behalve dat we het gemakkelijker maken om magneten te laten zweven?

De Basis

We tekenen schema’s alsof draden geen weerstand hebben. Maar in het echte leven is dat niet waar. Elektronen die door een draad stromen, veroorzaken enig verlies. In 1911 was de Nederlandse natuurkundige, Heike Kamerlingh Onnes, echter een pionier op het gebied van onderzoek bij lage temperaturen. Destijds merkte de algemene wijsheid op dat hoewel het verlagen van de temperatuur van een metaal de weerstand verminderde, het waarschijnlijk was dat elektronen bij het absolute nulpunt onbeweeglijk zouden zijn en dat er dus bij die temperatuur geen elektrische stroom zou vloeien. Onnes constateerde juist het tegenovergestelde. Beginnend met kwik merkte hij op dat bij 4.2 K, vlakbij het absolute nulpunt, de soortelijke weerstand van het materiaal abrupt naar nul ging.

Natuurlijk is het een groot probleem om materialen in de buurt van 4.2 K te krijgen. Vloeibare stikstof – die meestal in laboratoria wordt gebruikt als je iets kouds wilt – kookt bijvoorbeeld bij 77 K. Zelfs dan is het koelen van dingen met vloeibare stikstof voor de meeste toepassingen niet erg praktisch. Er zijn echter enkele keramische materialen die supergeleiding boven 90 K vertonen, dus het is tegenwoordig mogelijk om supergeleiders te gebruiken als je bereid bent te koelen met zoiets als vloeibare stikstof.

Supergeleiders vertonen geen elektrisch verlies, dus een stroom kan eeuwig door een lus van supergeleidend materiaal reizen. Experimenten hebben stromingen waargenomen die bijna dertig jaar lang in een lus reizen zonder meetbaar verlies, en de ories voorspellen dat stromingen minstens 100,000 jaar, zo niet meer dan de levensduur van het universum zouden aanhouden.

De natuurkunde achter dit alles is harig. In normale geleiders stromen elektronen door een ionenrooster. Sommige elektronen botsen met de ionen en zetten een deel van hun energie om in warmte. In een supergeleider binden de elektronen zich in zwakke paren die bekend staan ​​als Cooper-paren. De paren vormen een soort supervloeistof die kan stromen zonder energiedissipatie. Een meer gedetailleerde uitleg kun je zien in de onderstaande video.

[Ingesloten inhoud]

Een belangrijke conclusie over supergeleiding is dat deze boven bepaalde stroom- en magnetische veldniveaus verdwijnt. Dus naast het karakteriseren van supergeleiders op basis van hun kritische temperatuur en druk, is het ook belangrijk om de kritische stroomdichtheid en kritische magnetische veldsterktes te kennen.

Duidelijke gevallen

Er zijn tegenwoordig verschillende plaatsen waar supergeleiders worden gebruikt: SQUID (supergeleidende kwantuminterferentieapparaten) zijn zeer gevoelige magnetometers die gebruik maken van Josephson-overgangen, supergeleiders met een dunne isolerende component. Deze komen veel voor in laboratoria, MRI-machines en kwantumcomputers. Het is ook mogelijk om ze te gebruiken om onderzeeërs te lokaliseren. Ze hoeven geen grote stromingen te passeren en zijn niet onderhevig aan sterke velden. Vermoedelijk zou je, als je supergeleiders op kamertemperatuur zou hebben, er Josephson-juncties mee kunnen vormen, en al deze apparaten zouden goedkoper en gemakkelijker te bedienen worden.

Een andere plek waar we supergeleiders al zien, is in elektromagneten voor zaken als MRI's, deeltjesversnellers, zwevende treinen en fusiereactoren. Dit zijn de toepassingen die een hoge stroom vereisen of onderhevig zijn aan sterke magnetische velden. Tegenwoordig vereisen deze toepassingen allemaal vloeibare stikstof of vloeibaar helium. Als toekomstige supergeleiders op kamertemperatuur uiteindelijk ook hoge kritische stroomdichtheden zullen hebben, zou je goedkoop zeer sterke elektromagneten kunnen bouwen.

Zeker, de plaatsen waar we tegenwoordig koude supergeleiders gebruiken, zouden alleen maar beter worden. Maar er zijn ook verschillende nieuwe toepassingen die u vandaag de dag zou kunnen doen, maar de overhead voor koeling is te onbetaalbaar. Natuurlijk zal een deel ervan afhangen van de kenmerken van het onbekende magische materiaal. Je hoort mensen bijvoorbeeld vaak zeggen dat elektrische transmissielijnen supergeleiders kunnen zijn. Dat klopt, maar alleen als ze hoge kritische magnetische veldparameters hebben, omdat ze anders niet echt werken voor wisselstroom. Aan de andere kant gebruiken we wisselstroom deels als bescherming tegen verliezen, dus als je bereid zou zijn het hele systeem te veranderen, zou je mogelijk supergeleidende kabels kunnen gebruiken om lagere gelijkspanningen over lange afstanden te verzenden, maar dan vertrouw je op een hoge kritische waarde. huidige dichtheid.

Consumer Electronics

We weten niet helemaal zeker wat supergeleiders zullen doen voor consumentenelektronica. Betere magneten kunnen betere motoren betekenen, dus misschien wordt uw elektrische boormachine lichter en krachtiger. Een lagere weerstand in componenten kan minder warmteverlies en een langere levensduur van de batterij betekenen. Je hoort vaak dat supergeleiders zullen leiden tot telefoons die op een oplaadbeurt wekenlang meegaan. Misschien, maar onze inschatting is niet meteen. We betwijfelen of het verlies in de verbinding echt de oorzaak is van het leeglopen van de batterij van uw telefoon. Het is echter waar dat componenten met minder inefficiëntie kunnen leiden tot een langere levensduur van de batterij. Het kan ook sneller opladen mogelijk maken. GaN-laden is immers efficiënter omdat het minder warmte produceert dan conventionele elektronica. Een supergeleidende lader zou nog sneller zijn.

Over het algemeen zou je kunnen verwachten dat warme supergeleidende elektronica in kleinere ruimtes meer stroom kan verwerken. Sommigen denken dat ze misschien ook sneller zijn. Eary Josephson-overgangen (weliswaar in vloeibaar helium) waren veel sneller dan conventionele transistors die destijds in gebruik waren. Natuurlijk zijn transistors tegenwoordig beter, maar vermoedelijk zou het wijdverbreide gebruik van supergeleidende juncties ook verbeteringen met zich meebrengen.

Wat ga je doen?

De waarheid is echter dat we, omdat we de eigenschappen van de supergeleider bij kamertemperatuur niet kennen, niet weten wat deze wel of niet met zich meebrengt. Misschien heb je geen supergeleidende mobiele telefoon, omdat deze zichzelf reset als je een magnetisch veld tegenkomt. Wij weten het simpelweg niet.

Toch wilden we het vragen. Als u nu uw webbrowser zou kunnen openen en supergeleidende onderdelen kunt bestellen, wat zou u er dan mee doen? Wil je draad? Wikkelen? Van apparaat wisselen? En waarom? Laat het ons weten in de reacties hieronder.

Als u toegang heeft tot vloeibare stikstof, bent u dat misschien al gebruik van supergeleidend materiaal. Als, laat het ons weten, te. Of misschien ben je er mee bezig het volgende materiaal maken dat supergeleiding bij kamertemperatuur claimt.

Uitgelichte afbeelding: De acht toroïdale supergeleidende magneten in het hart van de LHC, tegoed: CERN.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://hackaday.com/2024/02/26/ask-hackaday-what-if-you-did-have-a-room-temperature-superconductor/