Een team van natuurkundigen van de University of California, Berkeley, de University of Illinois, Urbana-Champaign en de University of Maryland heeft een manier gevonden om te voorspellen welke materialen bij relatief hoge temperaturen supergeleidend zullen worden.

De onderzoekers ontwikkelden een theorie die beschrijft hoe de interacties van elektronen en trillingen binnen een kristalrooster aanleiding geven tot supergeleiding. De theorie voorspelde correct dat bepaalde verbindingen gemaakt van arseen en waterstof supergeleiders zouden zijn bij temperaturen tot wel -23 graden Celsius, wat veel hoger is dan de kritische temperatuur van de meeste conventionele supergeleiders.

Dit nieuwe begrip van supergeleiding bij hoge temperaturen zou op een dag kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe materialen die elektriciteit zonder weerstand kunnen transporteren, wat een revolutie teweegbrengt in de manier waarop we onze huizen en bedrijven van stroom voorzien.

De sleutel tot supergeleiding bij hoge temperaturen

Supergeleiding is het vermogen van een materiaal om elektriciteit zonder weerstand te geleiden. Dit betekent dat er een stroom elektriciteit door een supergeleider kan stromen zonder enig energieverlies. Supergeleiders worden in een verscheidenheid aan toepassingen gebruikt, waaronder MRI-machines, deeltjesversnellers en hogesnelheidstreinen.

Conventionele supergeleiders kunnen alleen supergeleiden bij zeer lage temperaturen, dichtbij het absolute nulpunt. Dit maakt ze onpraktisch voor de meeste toepassingen in de echte wereld. In de jaren tachtig ontdekten wetenschappers een nieuwe klasse materialen, hogetemperatuursupergeleiders genaamd, die supergeleidend kunnen zijn bij temperaturen tot -196 graden Celsius. Deze materialen hebben het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in veel technologieën, maar hun ontwikkeling wordt belemmerd door een gebrek aan begrip van wat ze supergeleidend maakt.

De nieuwe theorie, ontwikkeld door het team van onderzoekers, biedt een uniforme verklaring voor supergeleiding bij hoge temperaturen. De theorie laat zien dat supergeleiding voortkomt uit de interacties van elektronen en trillingen binnen het rooster van een kristal. Deze interacties leiden tot een soort ‘superfluïde’ toestand waarin de elektronen zonder weerstand door het rooster stromen.

De implicaties van deze nieuwe theorie

De nieuwe theorie betekent een grote doorbraak in het begrip van supergeleiding bij hoge temperaturen. Het biedt een manier om te voorspellen welke materialen supergeleiders zullen zijn en hoe materialen met nog hogere kritische temperaturen kunnen worden ontworpen. Dit zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe supergeleidende materialen die in een breed scala aan toepassingen kunnen worden gebruikt.

Enkele mogelijke toepassingen van supergeleiders bij hoge temperaturen zijn onder meer:

* Krachtoverbrenging: Supergeleiders kunnen worden gebruikt om elektriciteit over lange afstanden te transporteren met minimaal energieverlies. Dit zou ons in staat stellen efficiëntere elektriciteitsnetwerken te bouwen en onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen.

* Magnetische levitatie: Supergeleiders kunnen worden gebruikt om treinen boven de sporen te laten zweven, waardoor de wrijving wordt verminderd en treinen met veel hogere snelheden kunnen reizen.

* Magnetische resonantiebeeldvorming (MRI): Supergeleiders worden gebruikt om de krachtige magnetische velden te creëren die in MRI-machines worden gebruikt. Dit zou ons in staat kunnen stellen krachtigere en gevoeligere MRI-machines te bouwen.

De nieuwe theorie is een belangrijke stap in de richting van de ontwikkeling van deze en andere toepassingen voor hogetemperatuursupergeleiders. Het is een bewijs van de kracht van wetenschappelijk onderzoek en heeft het potentieel om de manier waarop we ons leven leiden te transformeren.