Een onderzoeker aan de Universiteit van Tsukuba heeft een nieuwe verklaring gegeven voor hoe supergeleiders die aan een magnetisch veld worden blootgesteld, kunnen herstellen, zonder energieverlies, naar hun vorige staat nadat het veld is verwijderd. Dit werk kan leiden tot een nieuwe theorie van supergeleiding en een milieuvriendelijker elektrisch distributiesysteem.

Supergeleiders zijn een klasse materialen met de verbazingwekkende eigenschap dat ze elektriciteit kunnen geleiden zonder weerstand. In feite, een elektrische stroom kan voor onbepaalde tijd rond een lus van supergeleidende draad cirkelen. De vangst is dat deze materialen zeer koud moeten worden bewaard, en toch, een sterk magnetisch veld kan ervoor zorgen dat een supergeleider weer normaal wordt.

Ooit werd aangenomen dat de overgang van supergeleidend naar normaal veroorzaakt door een magnetisch veld niet gemakkelijk kon worden omgekeerd, omdat de energie zou worden afgevoerd door het gebruikelijke proces van Joule-verwarming. Dit mechanisme, waarbij de weerstand in normale draden elektrische energie omzet in warmte, is wat ons in staat stelt om een ​​elektrische kookplaat of kachel te gebruiken.

"Joule-verwarming wordt meestal als negatief beschouwd, omdat het energie verspilt en zelfs overbelaste draden kan doen smelten, " legt professor Hiroyasu Koizumi van de afdeling kwantumfysica van de gecondenseerde materie uit, het Centrum voor Computational Sciences aan de Universiteit van Tsukuba. "Echter, uit experimenten is al lang bekend dat, als je het magnetische veld verwijdert, een stroomvoerende supergeleider kan, in feite, worden teruggebracht naar de vorige staat zonder verlies van energie, "

Nutsvoorzieningen, Professor Koizumi heeft een nieuwe verklaring voor dit fenomeen voorgesteld. In de supergeleidende toestand, elektronen paren en bewegen synchroon, maar de echte oorzaak van deze gesynchroniseerde beweging is de aanwezigheid van de zogenaamde "Berry-verbinding, " gekenmerkt door het topologische kwantumgetal. Het is een geheel getal en als het niet nul is, stroom vloeit. Dus, deze superstroom kan abrupt worden uitgeschakeld door dit getal op nul te zetten zonder Joule-verwarming.

De grondlegger van de moderne elektromagnetische theorie, James Clerk Maxwell, ooit een soortgelijk moleculair vortexmodel gepostuleerd dat zich voorstelde dat de ruimte gevuld was met de rotatie van stromen in kleine cirkels. Omdat alles op dezelfde manier draaide, het deed Maxwell denken aan "stationaire wielen, " waren tandwielen die voor dit doel in machines werden gebruikt.

"Het verrassende is dat een model uit de begindagen van het elektromagnetisme, zoals de stationaire wielen van Maxwell, kan ons helpen bij het oplossen van vragen die zich vandaag voordoen, Professor Koizumi zegt. "Dit onderzoek kan helpen leiden tot een toekomst waarin energie van energiecentrales naar woningen kan worden geleverd met perfecte efficiëntie."