Ny dansk forskning: Derfor virker jern superledende

Illustrationen giver en teoretisk forståelse af mikroskopmålinger fra Cornell Uni. Der er zoomet ind på et udsnit af et 2-dimensionelt jernlag. Hele gitret svarer til ca. 10/milliontedele af 1 millimeter på hver led. De røde og de mørkeblå figurer er to forskellige jernelektroner, der hver især optræder i såkaldt orbital tilstand. Elektronerne skal låse sig sammen 2 og 2 (Cooper-par) for at få superledning. De lyseblå er superledende. De røde danner ikke Cooper-par, men bidrager til systemets magnetisme. Illustration: Grafik: Cornell University

Videnskaben har i mere end 100 år jagtet de perfekte superledere, der uden energitab kan transportere elektricitet – som en ledning uden modstand.

I dag går op imod 10 procent af energien tabt gennem højspændingsledninger og kabler i Danmark på grund af den naturlige modstand.

De seneste syv-otte år har forskerne koncentreret sig om en ny generation af superledere – de jernbaserede, som den japanske professor Hosono som den første fandt frem til.

Hans opdagelse vakte enorm videnskabelig opsigt, for i princippet vil de magnetiske egenskaber i jern modvirke superledende egenskaber. Derfor har det været en gåde, hvordan materialer baserede på jern alligevel kan mønstre fine superledende egenskaber.

Nu ser det ud til, at mekanismen er fundet: Forklaringen er, at jerns fem ubundne elektroner har individuelle egenskaber og virkemåder, der tilsammen kan fremme superledning, skriver Niels Bohr Institutet, NBI, i en pressemeddelelse.

Stablede jernplader som limtræ

Hosono manipulerede jernforbindelser som byggemateriale til superledere, heriblandt jernselenium (FeSe).

Læs også: Ny form for materiale er både krystallinsk og superflydende på samme tid

Han stablede – populært udlagt - et stort antal ultratynde jernplader oven på hinanden med en slags lim i form af tunge atomer imellem og skabte på den måde et materiale, der minder om limtræ og med superledende egenskaber, der opstår ved nedkøling til cirka -150 grader C.

I det nye forskningsresultat, netop bragt i tidsskriftet Science, har NBI sammen med en række andre europæiske og amerikanske forskningsinstitutioner studeret jernelektroners reaktionsmønstre ved superledning ved at sænke temperaturen til -273 grader C i et specialbygget mikroskop (Spectroscopic Imaging Scanning Tunnelling Microscope).

Elektroner vekselvirker med hinanden

På baggrund af en række eksperimenter og behandling af måleresultaterne konkluderer forskerne, at de fem ubundne elektroner, der indgår i jern, har individuelle egenskaber og virkemåder. Det forklarer NBI-lektor Brian Møller Andersen, ekspert i eksotiske faser i faste stoffer.

»Nogle af de fem ubundne jern-elektroner, som indgår i Hosonos superledere, viste sig nemlig ved nærmere undersøgelse at vekselvirke særligt kraftigt med hinanden – og at have en tendens til at blive magnetiske. Og det er netop disse elektroner, som får de jernbaserede superledere til at virke – fordi de så at sige rydder det spor, der skal til, hvis materialet skal kunne transportere elektricitet helt uden modstand.«

Mere viden om kobberbaserede superledere

Forskerne har samtidigt med forståelsen af de jernbaserede superledere fået mere viden om virkningen bag en anden type af de nyeste superledere, de kobberbaserede.

Læs også: Videnskab 2017: Sender ny teori for tyngdekraften mørkt stof ud i kulden?

De opererer på samme måde; gennem kraftige elektron-vekselvirkninger og ved relativt høje temperaturer.

»Det er en viden, der kan blive nyttig, når man hen ad vejen vil prøve at skræddersy nye superledere,« forklarer Brian Møller Andersen.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Det ville være dejligt, om en artikel om dette emne anførte temperatur i K og gerne supplerede med kogepunktet for en relevant gas, der kan holde temperaturen nede. Ca - 150°C er ca 123K og nitrogen koger ved 77K

  • 3
  • 3
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten