Hur fungerar en superledare?
För att förstå hur en superledare fungerar kan det vara bra att undersöka hur en vanlig ledare fungerar först. Vissa material som vatten och metall tillåter elektroner att flyta genom dem ganska enkelt, som vatten genom en trädgårdsslang. Andra material, till exempel trä och plast, tillåter inte elektroner att strömma igenom, så de anses vara icke-ledande. Att försöka driva el genom dem skulle vara som att försöka rinna vatten genom en tegel.
Även bland material som anses vara ledande kan det finnas stora skillnader i hur mycket el som faktiskt kan passera. I elektriska termer kallas detta motstånd. Nästan alla elektriska ledare av elektricitet har viss motstånd eftersom de har sina atomer som blockerar eller absorberar elektronerna när de passerar genom ledningen, vattnet eller annat material. Lite motstånd kan vara användbart för att hålla det elektriska flödet under kontroll, men det kan också vara ineffektivt och slöseri.
En superledare tar tanken på motstånd och vänder den mot huvudet. En superledare består vanligtvis av syntetiska material eller metaller såsom bly eller niobiumtitan som redan har ett lågt atomantal. När dessa material fryses till nästan absolut noll, maler de vilka atomer de gör nästan. Utan all denna atomaktivitet kan elektricitet strömma genom materialet med praktiskt taget inget motstånd. I praktiska termer skulle en datorprocessor eller ett elektriskt tågspår utrustat med en superledare använda mycket lite elektricitet för att utföra sina funktioner.
Det mest uppenbara problemet med en superledare är temperaturen. Det finns få praktiska sätt att superkyla stora leveranser av supraledande material till den nödvändiga övergångspunkten. När en superledare börjar värmas upp återställs den ursprungliga atomenergin och materialet skapar motstånd igen. Tricket för att skapa en praktisk superledare ligger i att hitta ett material som blir superledande vid rumstemperatur. Hittills har forskare inte upptäckt något metall eller kompositmaterial som förlorar allt sitt elektriska motstånd vid höga temperaturer.
För att illustrera detta problem, föreställ dig en standard koppartråd som en flod av vatten. En grupp elektroner befinner sig i en båt som försöker anlända till sin destination uppströms. Kraften i vattnet som rinner nedströms skapar motstånd, vilket gör att båten måste arbeta ännu hårdare för att komma igenom hela floden. När båten når sin destination är många av elektronpassagerarna för svaga för att fortsätta. Det här är vad som händer med en vanlig ledare - det naturliga motståndet orsakar förlust av kraft.
Föreställ dig nu om floden var helt frusen och elektronerna var i en släde. Eftersom det inte skulle finnas något vatten som flödar nedströms, skulle det inte finnas något motstånd. Släden skulle helt enkelt passera över isen och deponera nästan alla elektronpassagerare säkert uppströms. Elektronerna förändrades inte, men floden ändrades av temperatur för att inte skapa något motstånd. Att hitta ett sätt att frysa floden vid en normal temperatur är det ultimata målet för superledarforskning.