Viktige fremskritt innen fysikkforskning kan bidra til å muliggjøre supereffektiv elektrisk kraft

I dag har et internasjonalt team av forskere ledet av Séamus Davis, professor i fysikk ved University of Oxford og University College Cork, annonsert resultater som avslører atommekanismen bak høytemperatursuperledere. Funnene er publisert i PNAS.

Superledere er materialer som kan lede elektrisitet med null motstand, slik at en elektrisk strøm kan vedvare i det uendelige. Disse brukes allerede i forskjellige applikasjoner, inkludert MR-skannere og høyhastighets maglev-tog, men superledning krever vanligvis ekstremt lave temperaturer, noe som begrenser deres utbredte bruk. Et hovedmål innen fysikkforskning er å utvikle superledere som jobber med omgivelsestemperaturersom kan revolusjonere energitransport og lagring.

Visse kobberoksidmaterialer viser superledning ved høyere temperaturer enn konvensjonelle superledere, men mekanismen bak dette har vært ukjent siden oppdagelsen i 1987.

For å undersøke dette utviklet et internasjonalt team som involverte forskere i Oxford, Cork i Irland, USA, Japan og Tyskland, to nye mikroskopiteknikker. Den første av disse målte forskjellen i energi mellom kobber- og oksygenatomorbitalene, som en funksjon av deres plassering. Den andre metoden målte amplituden til elektron-parbølgefunksjonen (styrken til superledningsevnen) ved hvert oksygenatom og ved hvert kobberatom.

“Ved å visualisere styrken til superledning som en funksjon av forskjeller mellom orbitale energier, var vi for første gang i stand til å måle nøyaktig forholdet som kreves for å validere eller ugyldiggjøre en av de ledende teoriene om høytemperatur superledning, på atomskala “, sa professor Davis.

Som forutsagt av teorien, viste resultatene et kvantitativt, omvendt forhold mellom ladningsoverføringsenergiforskjellen mellom tilstøtende oksygen- og kobberatomer og styrken til superledningsevnen.

Ifølge forskerteamet kan denne oppdagelsen vise seg å være et historisk skritt mot utvikling av romtemperatur-superledere. Til syvende og sist kan disse ha vidtrekkende bruksområder som spenner fra maglev-tog, atomfusjonsreaktorer, kvantedatamaskiner og høyenergipartikkelakseleratorer, for ikke å nevne supereffektiv energioverføring og lagring.

I superledermaterialer minimeres elektrisk motstand fordi elektronene som bærer strømmen er bundet sammen i stabile «Cooper-par». I lavtemperatur-superledere holdes Cooper-par sammen av termiske vibrasjoner, men ved høyere temperaturer blir disse for ustabile. Disse nye resultatene viser at i høytemperatur superledereCooper-parene holdes i stedet sammen av magnetiske interaksjoner, hvor elektronparene binder seg sammen via en kvantemekanisk kommunikasjon gjennom det mellomliggende oksygenatomet.

Professor Davis la til at “dette har vært en av de hellige gralene med problemer i fysikkforskning i nesten 40 år. Mange tror at billige, lett tilgjengelige romtemperatur-superledere ville være like revolusjonerende for den menneskelige sivilisasjonen som introduksjonen av elektrisitet i seg selv.”

---

---