Supergeleiding en zijn toepassingen begrijpen

Supergeleiding is een fenomeen waarbij bepaalde materialen elektriciteit kunnen geleiden zonder weerstand wanneer ze worden afgekoeld tot zeer lage temperaturen. Dit betekent dat het materiaal elektrische stroom kan transporteren zonder enig energieverlies, wat het uiterst bruikbaar maakt voor een breed scala aan toepassingen, zoals experimenten in de hoge-energiefysica, medische beeldvorming en snelle computergebruik. Het concept van supergeleiding werd voor het eerst gebruikt. ontdekt in 1911 door de Nederlandse natuurkundige Heike Kamerlingh Onnes, die waarnam dat de weerstand van kwik plotseling tot nul daalde wanneer het werd afgekoeld tot een temperatuur van 4,2 K (-269°C). Sindsdien hebben onderzoekers ontdekt dat veel andere materialen onder bepaalde omstandigheden ook supergeleiding kunnen vertonen. Het exacte mechanisme achter supergeleiding is nog steeds niet volledig begrepen, maar er wordt aangenomen dat er sprake is van de vorming van Cooper-paren, dit zijn elektronenparen die aan elkaar zijn gebonden. door de uitwisseling van fononen (gekwantiseerde geluidsgolven). Wanneer een materiaal wordt afgekoeld tot een temperatuur onder de kritische temperatuur (Tc), condenseren de Cooper-paren tot een enkele kwantumtoestand, wat leidt tot het verdwijnen van de elektrische weerstand. Er zijn verschillende soorten supergeleiders, waaronder: 1. Lage-temperatuur-supergeleiders: Dit zijn materialen die supergeleiding vertonen bij temperaturen onder ongeveer 30 K (-243 °C). Voorbeelden hiervan zijn niobiumnitride (NbN), niobiumtin (Nb3Sn) en yttriumbariumkoperoxide (YBCO).
2. Hoge-temperatuur-supergeleiders: Dit zijn materialen die supergeleiding vertonen bij temperaturen boven ongeveer 30 K. Voorbeelden hiervan zijn cupraten, zoals yttriumbariumkoperoxide (YBCO) en kwikbariumcalciumkoperoxide (HgBa2Ca2Cu3O8+x).
3. Organische supergeleiders: Dit zijn materialen die koolstofatomen bevatten en supergeleiding vertonen. Voorbeelden hiervan zijn polyparafenyleensulfide (PPS) en polyfluoreenvinyleen (PFV).
4. Supergeleidende nanodraden: Dit zijn extreem dunne draden die supergeleiding vertonen. Ze hebben potentiële toepassingen in kwantumcomputers en andere opkomende technologieën. Supergeleiders hebben veel potentiële toepassingen, waaronder: 1. Fysische experimenten met hoge energie: Supergeleidende magneten worden gebruikt om deeltjesbundels te sturen en te focusseren in versnellers zoals de Large Hadron Collider (LHC).
2. Medische beeldvorming: Supergeleidende magneten worden gebruikt in MRI-machines om sterke magnetische velden te creëren die subtiele veranderingen in de weefsels van het lichaam kunnen detecteren.
3. High-speed computing: Supergeleidende circuits kunnen worden gebruikt om ultrasnelle computers te creëren die complexe berekeningen kunnen uitvoeren met snelheden tot 100 GHz.
4. Energieopslag en -transmissie: Supergeleiders kunnen worden gebruikt om efficiëntere elektriciteitsnetwerken en energieopslagsystemen te creëren. Kwantumcomputers: Supergeleidende qubits (kwantumbits) worden onderzocht als een mogelijke oplossing voor het bouwen van schaalbare kwantumcomputers.