Dlaczego nadprzewodniki zawodzą?

Odkrycia pierwszych wysokotemperaturowych nadprzewodników zrodziły nadzieje na przełom technologiczny: oczekiwano rychłego przesyłania prądu bez strat, doskonałych elektromagnesów, taniej kolei magnetycznej i wielu jeszcze cudów. Tymczasem, mimo kolejnych pomysłów i materiałów, postęp w tej dziedzinie idzie jak po grudzie, a „wysokotemperaturowe" nadprzewodniki nadal wymagają ekstremalnego chłodzenia. Peter Hirschfeld, profesor fizyki z Uniwersytetu Florydy, wyjaśnił, dlaczego się nie udaje.

Hirschfeld wraz ze swoimi współpracownikami obmyślił i stworzył matematyczny model wpływu struktury ceramicznego nadprzewodnika na przepływ prądu. Jego teoretyczna koncepcja zachowania się prądu na styku między ziarnami materiału daje się zastosować do całości struktury i zgadza się z dotychczasowymi wynikami doświadczeń.

Praca naukowców opisuje dokładnie, jak atomowa struktura nadprzewodnika stawia opór przepływowi prądu. Ceramiczne nadprzewodniki są złożone z warstw atomów, które są ułożone względem siebie nieco ukośnie. Wygląda to jak kartki papieru milimetrowego, sklejone ze sobą bez starannego wyrównania. Ta niedokładność jest tu problemem, bowiem tam, gdzie na styku linii dzielących „ziarna" materiału tworzą się kąty, gromadzą się ładunki elektryczne, działające jak opornik i zakłócające przepływ prądu.

Do tej pory nikt nie miał pojęcia, dlaczego ten efekt jest tak silny. Dopiero wyjaśnienie opierającej się na hamującej roli granic pomiędzy warstwami atomów pozwoliło wyjaśnić zjawisko, nad którym łamano sobie głowy przez ponad dwa dziesięciolecia.

Matematyczny model profesora Hirschfelda nie daje odpowiedzi, jak zlikwidować tę barierę. Daje jednak niezłe narzędzie do przewidywania wyników eksperymentów. W przyszłości być może przyczyni się do rozwiązania problemu i osiągnięcia przez technologię nadprzewodnictwa od dawna oczekiwanych rezultatów.

nadprzewodniki ceramiczne nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe ziarnistość materiału Peter Hirschfeld University of Florida