Forbedring af Superledere indenfor rækkevidde

Det er lykkedes for en international gruppe af fysikere fra University of Augsburg i Tyskland, University of Florida i Gainesville, og Nano-Science Center, Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet at lave en teoretisk modellering af de mikroskopiske defekter i superledere og opklare den vigtigste årsag til det drastiske fald i den elektriske strøm. Forskningsresultaterne er offentliggjort i det internationalt anerkendte videnskabelige tidsskrift, Nature Physics.

I en tid, hvor den politiske og videnskabelige diskussion er fokuseret på den globale energikrise, forskes der i alternative teknikker til produktion af energi og i nye muligheder for at reducere energiforbruget. En superleder er baseret på en kompliceret kvantetilstand og kan bruges til energitransport med minimalt energitab.

Lav temperatur giver lav modstand

Fænomenet superleder har været kendt i næsten et århundrede, men problemet har hidtil været, at superledere kun kan fungere ved meget lave temperaturer - temperaturer, der er meget svære at opnå. De første superledere skulle nedkøles til få grader over det absolutte nulpunkt (minus 273 grader Celcius).

Det er kun 25 år siden, at anvendelsen af superledninger til strømforsyning kom inden for rækkevidde. Man opdagede dengang, at de superledende egenskaber ved nogle kobberoxid-forbindelser kunne forbedres ved at nedkøle flydende luft til meget lave temperaturer. I dag er man med kobberoxid-materialer kommet op på cirka minus 140 grader Celcius.

Billedet viser atomare positioner langs en krystal-misorienterings-grænseflade (grain boundary). Den røde linje til højre viser ladningstætheden langs denne grænseflade.

Små defekter med stor skade
Men man løb ind i endnu en forhindring i anvendelsen af superledninger - nemlig mikroskopiske defekter, der findes i næsten alle materialer. De små defekter i grænsefladen mellem de enkelte, krystaldefekte planer (grain boundaries), går tilsyneladende ud over transporten af elektrisk strøm i superlederen. Det er hidtil ikke lykkedes at udvikle en teoretisk forståelse af dette fænomen, selvom effekten er velkendt fra eksperimenter, og selvom der også findes forskellige metoder til at forbedre de fysiske egenskaber af materialerne.

Teoretisk forståelse

"Vi har nu lavet en teoretisk modellering af de mikroskopiske defekter i disse materialer, og simuleringen af superledende strøm. Det er lykkedes os at identificere en ophobet elektrisk ladning på grænsefladen mellem forskellige krystal-misorienterngsplaner, som den vigtigste årsag til det drastiske fald i den elektriske strøm", forklarer fysiker Brian M. Andersen, Nano-Science Center, Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.

Den teoretiske forståelse af høj-temperatur superledere vil nu kunne anvendes til videre forskning i metoder, der kan forbedre energi-transporten i kobberoxid materialer. En forskning, der i sidste ende vil kunne føre til anvendelse af høj-temperatur superledere til strømforsyning.