Elektrizität hat die Welt verändert, indem sie viele Innovationen wie neue Geräte und schnellere Kommunikation ermöglicht hat. Supraleiter könnten alles wieder revolutionieren: Wenn nur Physiker herausfinden könnten, wie sie praktisch gemacht werden können.
La Supraleitung
Es tritt auf, wenn ein Material aufhört, einem elektrischen Strom zu widerstehen. Mit anderen Worten, es ist reibungslose Elektrizität. Materialien, die diesen einfachen, widerstandsfreien Fluss ermöglichen, werden als Supraleiter bezeichnet.
5% des in den am stärksten industrialisierten Ländern erzeugten Stroms wird für die Übertragung und Verteilung verschwendet, was die Verbraucher jedes Jahr mehrere zehn Milliarden Euro kostet.
Elektrizität
Es entsteht, wenn Elektronen von einem Atom zum anderen fließen. Im Moment wird das tägliche Leben von Elektrizität angetrieben, die viele Widerstände überwinden muss. Dieser Widerstand führt dazu, dass typische Leiter wie Kupferdrähte bei jeder Bewegung eines Elektrons Energie verlieren. Diese Ineffizienz tritt in Form von freigesetzter Wärme auf.
Dieser Widerstand ist schuld, wenn Ihr Laptop überhitzt, Ihre Batterien leer sind und Ihre Glühbirnen durchbrennen.
Wenn wir jedoch Supraleiter verwenden würden (Materialien, die beim Bewegen von Elektronen keine Energie verlieren), hätten alle unsere elektrischen Geräte (und ganze Stromnetze) eine ernsthafte Effizienzsteigerung.
Supraleiter, Wunder auf den Felsen
Tatsächlich haben wir heute bereits Supraleiter. Die meisten von ihnen werden zur Stromversorgung von Körperscannern in Krankenhäusern wie MRTs verwendet.
Heutzutage hängt die Supraleitung davon ab, dass das Material auf extrem niedrige Temperaturen abgekühlt wird, meistens bis zum Gefrieren. Aus offensichtlichen Gründen wäre dies für Mobiltelefone oder PCs sicherlich nicht praktikabel.
Heißes Zeug
Wenn wir das weit verbreitete kommerzielle Potenzial von Supraleitern erschließen wollen, müssen wir die Temperatur erhöhen. Seit Jahrzehnten suchen Wissenschaftler nach Supraleitung bei Raumtemperatur.
Ende letzten Jahres haben sie es gefunden.
Im Oktober 2020 Wissenschaftler der University of Rochester angekündigt Supraleitung bei nur 10 ° C in einem Material aus Wasserstoff, Schwefel und Kohlenstoff erreicht zu haben.
Zuvor lag die höchste Temperatur für die Supraleitung 13 bei -2018 ° C.
"In 10, 15 Jahren werden wir wahrscheinlich eine andere Welt sehen."
In nur zwei Jahren hat sich die Wissenschaft von der Arbeit mit einer unterkühlten Temperatur zu einem schönen, milden Herbsttag entwickelt.
Ranga DiasDer Maschinenbauingenieur, der die Forschung leitete, glaubt, dass dies ein Wendepunkt war.
Dies kann die ganze Welt in Bezug auf Technologie wirklich auf den Kopf stellen. Aus diesem Grund geben so viele Forscher alle Anstrengungen, um dies zu verwirklichen. In 10, 15 Jahren werden wir wahrscheinlich eine andere Welt sehen.
Ranga Dias
Was fehlt zu tun?
Das Erreichen der Supraleitung bei Raumtemperatur ist ein großes Unterfangen, aber es gibt ein Problem, das fast so groß ist wie das Temperaturproblem.
Damit die Supraleiter bei so hohen Temperaturen arbeiten konnten, mussten Dias und sein Team viel Druck ausüben. Sie mussten das Material mit 267 Gigapascal zusammendrücken - mehr als das 2-Millionen-fache des atmosphärischen Drucks der Erde.
"Die Leute haben immer über Supraleitung bei Raumtemperatur gesprochen", sagt er Chris Pickard, ein Materialwissenschaftler an der Universität von Cambridge. "Sie haben vielleicht nicht sehr geschätzt, dass wir es unter so hohem Druck getan haben, als es passierte."
Diese Hochdruckanforderung hält die Supraleiter vorerst noch bei Raumtemperatur im Labor.
Die Zukunft der Supraleiter
Nachdem das Temperaturproblem gelöst ist, suchen Wissenschaftler nach Supraleitern, die auch bei Umgebungsdruck arbeiten können.
Die Suche nach Supraleitern dieses Typs würde viele kommerzielle Möglichkeiten eröffnen, die im Moment nur als Traum erscheinen: Die MRT könnte leistungsfähiger werden und Ärzten helfen, Krankheiten früher zu diagnostizieren. Quantencomputer würden den Massenmarkt erreichen: Alle unsere elektrischen Geräte würden schneller und langlebiger.
Wissenschaftler verwenden Computerberechnungen, um ihre Forschung zu leiten. Diese Berechnungen helfen bei der Bestimmung der Struktur und der Eigenschaften des gesuchten Materials.
Paul ChuDer Gründungsdirektor und Chefwissenschaftler des Texas Center for Superconductivity an der University of Houston glaubt an das enorme Potenzial dieser Technologie. Und er hat recht.
