Hvordan fungerer en superleder?

For at forstå, hvordan en superleder fungerer, kan det være nyttigt at undersøge, hvordan en almindelig dirigent først fungerer. Visse materialer såsom vand og metal giver elektroner mulighed for at strømme gennem dem temmelig let, som vand gennem en haveslange. Andre materialer, såsom træ og plastik, tillader ikke elektroner at strømme igennem, så de betragtes som ikke-ledende. At prøve at køre elektricitet gennem dem ville være som at prøve at køre vand gennem en mursten.

Selv blandt de betragtede materialer kan der være store forskelle i, hvor meget elektricitet der faktisk kan passere. I elektriske termer kaldes dette modstand. Næsten alle normale ledere af elektricitet har en vis modstand, fordi de har deres egne atomer, der blokerer eller absorberer elektronerne, når de passerer gennem ledningen, vandet eller andet materiale. En lille modstand kan være nyttig til at holde den elektriske strøm under kontrol, men det kan også være ineffektivt og spildt.

En superleder tager IDEA for modstand og vender den på hovedet. En superleder er generelt sammensat af syntetiske materialer eller metaller såsom bly eller niobiumtitanium, som allerede har et lavt atomantal. Når disse materialer er frosset til næsten absolut nul, hvilke atomer de har slibet til et næsten halt. Uden al denne atomaktivitet kan elektricitet strømme gennem materialet med praktisk talt ingen modstand. Rent praktisk ville en computerprocessor eller elektrisk togspor udstyret med en superleder ville bruge meget lidt elektricitet til at udføre sine funktioner.

Det mest åbenlyse problem med en superleder er temperaturen. Der er få praktiske måder at superkøler store forsyninger med superkonduktivt materiale til det krævede overgangspunkt. Når en superleder begynder at varme op, gendannes den originale atomenergi, og materialet skaber modstand igen. Tricket til at skabe en praksisL Superconductor ligger i at finde et materiale, der bliver superconduktivt ved stuetemperatur. Indtil videre har forskere ikke opdaget noget metal eller sammensat materiale, der mister al sin elektriske modstand ved høje temperaturer.

For at illustrere dette problem, forestil dig en standard kobbertråd som en vandflod. En gruppe elektroner er i en båd, der prøver at nå frem til deres destination opstrøms. Kraften i vandet, der flyder nedstrøms, skaber modstand, hvilket får båden til at arbejde endnu hårdere for at komme igennem hele floden. Når båden når sin destination, er mange af de elektronpassagerer for svage til at fortsætte. Dette er hvad der sker med en regelmæssig leder - den naturlige modstand forårsager et tab af magt.

Forestil dig nu, om floden var helt frosset, og elektronerne var i en slæde. Da der ikke ville være noget vand, der flyder nedstrøms, ville der ikke være nogen modstand. Slæden ville simpelthen passere over isen og deponere næsten al elektriskpå passagerer sikkert opstrøms. Elektronerne ændrede sig ikke, men floden blev ændret af temperaturen for ikke at sætte nogen modstand. At finde en måde at fryse floden ved en normal temperatur er det ultimative mål for superlederforskning.