Jak supravodič funguje?

Abychom pochopili, jak supravodič pracuje, může být užitečné prozkoumat, jak běžný dirigent pracuje jako první. Některé materiály, jako je voda a kov, umožňují elektronům protékat poměrně snadno, jako voda přes zahradní hadici. Jiné materiály, jako je dřevo a plast, neumožňují protékat elektrony, takže jsou považovány za nevodivé. Pokoušet se jimi projít elektřinu by bylo jako pokusit se protékat vodou cihlou.

I mezi materiály považovanými za vodivé mohou existovat obrovské rozdíly v tom, kolik elektřiny může skutečně projít. Z elektrického hlediska se to nazývá odpor. Téměř všechny normální vodiče elektřiny mají určitý odpor, protože mají vlastní atomy, které blokují nebo absorbují elektrony, když procházejí drátem, vodou nebo jiným materiálem. Malý odpor může být užitečný pro udržení elektrického proudu pod kontrolou, ale může být také neefektivní a nehospodárné.

Supravodič vezme myšlenku odporu a otočí ji na hlavu. Supravodič se obecně skládá ze syntetických materiálů nebo kovů, jako je olovo nebo niobiumtitan, které již mají nízký počet atomů. Když jsou tyto materiály zamrzlé téměř na absolutní nulu, atomy, které dělají, se brouší téměř k zastavení. Bez celé této atomové aktivity může elektřina protékat materiálem prakticky bez odporu. Prakticky by počítačový procesor nebo trať elektrického vlaku vybavené supravodičem používaly k plnění svých funkcí jen velmi málo elektřiny.

Nejviditelnějším problémem u supravodiče je teplota. Existuje několik praktických způsobů, jak podchladit velké zásoby supravodivého materiálu do požadovaného bodu přechodu. Jakmile se supravodič zahřeje, obnoví se původní atomová energie a materiál znovu vytvoří odpor. Trik pro vytvoření praktického supravodiče spočívá v nalezení materiálu, který se stane supravodivý při pokojové teplotě. Až dosud vědci neobjevili žádný kovový ani kompozitní materiál, který při vysokých teplotách ztrácí veškerý elektrický odpor.

Pro ilustraci tohoto problému si představte standardní měděný drát jako řeku vody. Skupina elektronů se nachází na lodi a snaží se dorazit na místo určení proti proudu. Síla vody protékající po proudu vytváří odpor, díky čemuž loď musí pracovat ještě tvrději, aby se dostala přes celou řeku. Než loď dosáhne svého cíle, mnoho cestujících s elektronem je příliš slabých na to, aby pokračovali. To se děje s běžným dirigentem - přirozený odpor způsobuje ztrátu energie.

Teď si představte, zda byla řeka úplně zamrzlá a elektrony byly v saních. Protože by po proudu tekla žádná voda, nebyl by žádný odpor. Sáňky jednoduše přejdou přes led a bezpečně uloží téměř všechny cestující elektronů proti proudu. Elektrony se nezměnily, ale řeka byla změněna teplotou, aby nevykazovala odpor. Konečným cílem supravodičového výzkumu je najít způsob, jak zmrazit řeku při normální teplotě.