Högtemperatursupraledare
Högtemperatursupraledare är material som är supraledande vid temperaturer över kokpunkten för flytande kväve (-196 °C eller 77 K), den kryogeniska temperatur som är lättast att uppnå, till skillnad mot vanliga supraledare som når detta tillstånd endast om de når temperaturer på ett fåtal kelvin.
Historik
Termen "högtemperatursupraledare" användes först om gruppen av keramiska kuprat-perovskit-material som J. Georg Bednorz och K. Alexander Müller upptäckte 1986 och som de fick nobelpriset för redan året efter. Upptäckten av högtemperatursupraledaren LBCO, med en kritisk temperatur på 35 K, blev mycket uppmärksammad då det tidigare antagits omöjligt att uppnå supraledning vid såpass "höga" temperaturer.
På sistone har även andra okonventionella supraledare upptäckts. Vissa av dessa har ovanligt höga kritiska temperaturer Tc, och kallas därför även de högtemperatursupraledare, även om rekordet fortfarande innehas av en kuprat-perovskit. (Tc=138 K eller -135 °C) (även om något högre övergångstemperaturer uppnåtts under förhöjt tryck). Trots detta anser forskare att om man någon gång kommer att finna material som är supraledande vid rumstemperatur kommer dessa att tillhöra någon annan familj av material.
Olika typer av högtemperatursupraledare
De flesta material med höga kritiska temperaturer är kuprater, som La1.85Ba0.15CuO4, YBCO (Yttrium-Barium-Koppar-Oxid) och besläktade ämnen.
Alla kända högtemperatursupraledare är av Typ-II.
Den atomära strukturen hos samtliga kända högtemperatursupraledande kuprater är likartad. Enhetscellen är alltid tetragonal eller pseudotetragonal (dvs. svagt ortorombisk) och inversionssymmetrisk. Materialen har en lagerstruktur, där atomära plan av olika sammansättning ligger ovanpå varandra likt en pannkakstårta. Alla supraledande kuprater har ett av dessa byggelement gemensamt, nämligen ett koppardioxidplan (ett eller flera CuO2-plan kan finnas per enhetscell). Då detta koppardioxidplan återfinns i samtliga högtemperatursupraledare, är det generellt accepterat bland forskare att det är här den resistansfria elektriska ledningsförmågan finns. Ytterligare ett plan återfinns i samtliga aktuella material, som dock kan variera i kemisk sammansättning, och det är den så kallade "laddningsreservoaren". Sammansättningen på detta kan exempelvis vara BiOx, TlOx eller CuOx. Ett elektronunderskott i laddningsreservoaren balanseras av att ett hål överförs till det supraledande CuO2. På det viset dopas koppardioxidplanen med laddningsbärare. De allra flesta supraledande kuprater är på det viset hålledare (även om exempel på motsatsen, elektronledare, inte helt saknas).
Det som främst skiljer de olika högtemperatursupraledande kupraterna åt är hur många CuO2-plan som finns per enhetscell, och hur laddningsreservoarlagret är sammansatt.
Pågående forskning
Ett av de stora olösta problemen inom modern fysik är att förstå hur supraledning uppstår i dessa material; vilken mekanism som får elektronerna att forma Cooperpar.
Trots intensiv forskning och lovande idéer har forskarna ännu inte lyckats besvara denna fråga. En anledning till detta är att materialen det är fråga om vanligen har väldigt komplexa strukturer med flera lager. (Som till exempel BSCCO), vilket gör teoretisk modellering svårt. De många nya, viktiga upptäckter som görs på området gör dock att många forskare optimistiskt tror att de kommer att förstå processen fullständigt om sisådär ett decennium.
Nytt rekord för supraledning vid höga temperaturer har satts av forskare i Tyskland. De har lyckats framställa ett material som tappar all elektrisk resistans vid -70 grader Celsius. En putsning av det tidigare rekordet med 40 grader.
Det gör att material nu kan bli supraledande utan konstgjord kylning då den nya rekordtemperaturen förekommer i Antarktis.
Materialet som forskarna vid Max Planck Institute for Chemistry och JohannesGutenberg University använder är svavelväte som normalt är en giftig färglös gas som förvandlas till en metall vid låga temperaturer och högt tryck.
Det tryck som forskarna använder för att pressa ihop svavelvätet är 1,5 megabar vilket är ungefär halva det tryck som finns i jordkärnan och 1,6 miljoner gånger högre än atmosfärstrycket.
Nu letar forskarna efter andra material som kan bli supraledande vid ännu högre temperaturer och kanske nå drömgränsen där den elektriska resistansen försvinner vid rumstemperatur, skriver Max Plancinstitutet på sin webb.
Att utsätta svavelväte för ännu högre tryck är ingen framkomlig väg vilket tidigare visats teoretiskt och nu även experimentellt.
Forskarna hoppas till och med att hitta material som blir supraledande utan ett högt pålagt tryck.
- Det kan finnas polymerer eller andra väterika föreningar som kan omvandlas till metaller på annat sätt och bli supraledande vid rumstemperatur, säger Mikhael Eremets som lett forskargruppen vid Max Planckinstitutet.
Källor
- Den här artikeln är helt eller delvis baserad på material från engelskspråkiga Wikipedia, tidigare version.