Wat is een supergeleider op hoge temperatuur?
Een supergeleider op hoge temperatuur (HTS) is een materiaal dat supergeleidende elektrische eigenschappen vertoont boven de vloeistoftemperatuur van helium. Aangenomen werd dat dit temperatuurbereik van ongeveer -452 ° tot -454 ° Fahrenheit (-269 ° tot -270 ° Celsius) de theoretische limiet was voor supergeleiding. In 1986 ontdekten de Amerikaanse onderzoekers Karl Muller en Johannes Bednorz echter een groep supergeleiderverbindingen op hoge temperatuur op basis van koper. Deze cupraten, zoals yttrium barium koperoxide, YBCO 7 , variaties op lanthaan strontium koperoxide, LSCO en kwik koperoxide, HgCuO, vertoonden supergeleiding bij temperaturen zo hoog als -256 ° Fahrenheit (-160 ° Celsius).
De ontdekking door Muller en Bednorz leidde tot de toekenning van de Nobelprijs voor de natuurkunde in 1987 aan beide onderzoekers, maar het veld bleef zich ontwikkelen. Lopende studie in 2008 produceerde een nieuwe klasse verbindingen die supergeleiding vertoonden, gebaseerd op de elementen ijzer en arseen, zoals lanthaanoxide-ijzerarseen, LaOFeAs. Het werd voor het eerst gedemonstreerd als een supergeleider op hoge temperatuur door Hideo Hosono, een materiaalwetenschappelijk onderzoeker in Japan, bij een temperatuurbereik van -366 ° Fahrenheit (-221 ° Celsius). Andere zeldzame elementen vermengd met ijzer, zoals cerium, samarium en neodymium creëerden nieuwe verbindingen die ook supergeleidende eigenschappen vertoonden. Het record van 2009 voor een supergeleider op hoge temperatuur werd bereikt met een verbinding gemaakt van thallium, kwik, koper, barium, calcium, strontium en zuurstof gecombineerd, wat supergeleiding bij -211 ° Fahrenheit (-135 ° Celsius) aantoont.
De focus van het veld van hogetemperatuursupergeleideronderzoek vanaf 2011 is materiaaltechnologie van betere verbindingen geweest. Wanneer temperaturen van -211 ° Fahrenheit (-135 ° Celsius) werden bereikt voor supergeleidende materialen, konden hierdoor hun eigenschappen worden onderzocht in aanwezigheid van vloeibare stikstof. Aangezien vloeibare stikstof een veelvoorkomend en stabiel onderdeel is van veel laboratoriumomgevingen en bestaat bij een temperatuur van -320 ° Fahrenheit (-196 ° Celsius), heeft het testen van nieuwe materialen veel praktischer en wijdverbreid gemaakt.
Het voordeel van supergeleidende technologie voor de conventionele samenleving vereist nog steeds materialen die bij kamertemperatuur kunnen werken. Omdat supergeleiders letterlijk geen weerstand bieden tegen elektrische stroom, kan stroom bijna onbeperkt door supergeleidende draad gaan. Dit zou het stroomverbruik verlagen voor alle elektrische behoeften en dergelijke apparaten ultrasnel maken in vergelijking met standaardelektronica. Krachtige magneten zouden beschikbaar komen voor betaalbare magnetische levitatietreinen, medische toepassingen en productie van fusie-energie. Ook kunnen dergelijke supergeleidertechnologieën de ontwikkeling omvatten van kwantumcomputers die mogelijk honderden miljoenen keren sneller gegevens verwerken dan die in 2011.