Vad är en högtemperatursupraledare?

En högtemperatursupraledare (HTS) är ett material som uppvisar supraledande elektriska egenskaper över heliums flytande temperatur. Detta temperaturområde, från cirka -452° till -454° Fahrenheit (-269° till -270° Celsius) antogs vara den teoretiska gränsen för supraledning. 1986 upptäckte dock de amerikanska forskarna Karl Muller och Johannes Bednorz en grupp av högtemperatursupraledareföreningar baserade på koppar. Dessa kuprater, såsom yttriumbariumkopparoxid, YBCO7, variationer på lantanstrontiumkopparoxid, LSCO och kvicksilverkopparoxid, HgCuO, uppvisade supraledning vid temperaturer så höga som -256° Fahrenheit (-160° Celsius).

Upptäckten av Muller och Bednorz ledde till att båda forskarna tilldelades Nobelpriset i fysik 1987, men området fortsatte att utvecklas. Pågående studie under 2008 producerade en ny klass av föreningar som uppvisade supraledning, baserade på elementen av järn och arsenik, såsom lantanoxid, järnarsenik, LaOFeAs. Den demonstrerades först som en högtemperatursupraledare av Hideo Hosono, en materialvetenskaplig forskare i Japan, vid ett temperaturområde på -366° Fahrenheit (-221° Celsius). Andra sällsynta grundämnen blandade med järn, såsom cerium, samarium och neodym skapade nya föreningar som också visade supraledande egenskaper. Rekordet från 2009 för en högtemperatursupraledare uppnåddes med en förening gjord av tallium, kvicksilver, koppar, barium, kalcium, strontium och syre kombinerat, vilket visar supraledning vid -211° Fahrenheit (-135° Celsius).

Fokus för området högtemperatursupraledareforskning från och med 2011 har varit materialvetenskaplig ingenjörskonst av bättre föreningar. När temperaturer på -211° Fahrenheit (-135° Celsius) nåddes för supraledande material, gjorde detta att deras egenskaper kunde undersökas i närvaro av flytande kväve. Eftersom flytande kväve är en vanlig och stabil komponent i många laboratoriemiljöer och finns vid en temperatur på -320° Fahrenheit (-196° Celsius), har det gjort testning av nya material mycket mer praktiskt och utbrett.

Fördelarna med supraledande teknik för det konventionella samhället kräver fortfarande material som kan arbeta nära rumstemperatur. Eftersom supraledare bokstavligen inte erbjuder något motstånd mot elektriskt flöde, kan ström passera genom supraledande tråd nästan på obestämd tid. Detta skulle minska strömförbrukningen för alla elektriska behov, samt göra sådana enheter ultrasnabba jämfört med standardelektronikteknik. Kraftfulla magneter skulle bli tillgängliga för prisvärda magnetiska levitationståg, medicinska tillämpningar och fusionsenergiproduktion. Sådana supraledarteknologier kan också inkludera utvecklingen av kvantdatorer, potentiellt hundratals miljoner gånger snabbare att bearbeta data än de som existerade 2011.