Der Natrium könnte Lösung sein, um die Probleme der Supraleiter zu überwinden
Die Forschung im Bereich der Supraleiter hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht, aber trotzdem bleiben noch einige Hindernisse bestehen, die die praktische Anwendung dieser Technologie behindern. Ein Team von Wissenschaftlern glaubt jedoch, eine Lösung gefunden zu haben, um diese Probleme zu überwinden. Demnach könnte Natrium, ein Element, das in der Natur reichlich vorkommt, der Schlüssel zu einer zuverlässigeren und effizienteren Nutzung der Supraleitung sein.
Natrium-Technologie könnte Supraleiter-Probleme lösen
Supraleiter haben die Fähigkeit, elektrischen Strom ohne Widerstand und Energieverlust zu leiten, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Elektronen können kreisförmig ohne Anstrengung in einer einheitlichen Richtung fließen, ohne Widerstand zu bieten. Dies ist möglich dank des sogenannten Zustandes am Rand. Die Wissenschaft hat versucht, diese Bedingungen in verschiedenen Materialien zu replizieren, aber es bleibt ein Herausforderung für die Forscher.
Ein Studie des Massachusetts Institute of Technology (MIT) veröffentlicht in der Zeitschrift Nature Physics zeigt, dass es jetzt näher kommt. Die Forschung des MIT verwendet eine Wolke ultrakalter Natrium-Atome, die die Elektronen ersetzen. Der Zustand am Rand-Effekt ist möglich dank ähnlicher physikalischer Eigenschaften, obwohl die Dauer dieser Bedingungen das zweite Problem bleibt.
Ultrakalte Atom-Nebel könnte Lösung für Supraleiter-Herausforderungen finden
„In unserem System geschieht die gleiche Physik bei den Atomen, aber in Millisekunden und Mikrometern“, sagt der Physiker Martin Zwierlein, der an der Forschung teilgenommen hat. Die ultrakalten Atome können sich entlang des Systems bewegen und die Wissenschaftler sammeln Daten während des Prozesses.
Eine 2D-Oberfläche, ein Laser und ein Licht-Ring
Die Materialien haben eine 2D-Oberfläche, die die Elektronen nutzen, um zwischen vorher festgelegten Orten zu bewegen, wie es die Quantenphysik voraussagt. Das Phänomen ist in der Natur verbreitet, aber es ist nicht einfach, es in einem Labor zu replizieren.
Das Forschungsteam muss die Eigenschaften der Materialien mit der Geschwindigkeit und Richtung des Flusses in Beziehung setzen. All dies muss in Frage von Femtosekunden (Quadrillionstel Sekunden) durchgeführt werden, so dass das Studium der Eigenschaften der Elektronen und ihrer Bewegung praktisch unmöglich ist.
Das Massachusetts Institute of Technology hat etwa eine Million Natrium-Atome verwendet, die Laserstrahlen in einem ultrakalten Zustand ausgesetzt waren. Die Forscher manipulierten das System, um die Atome schnell um den Laser in Kreisen zu bewegen, als ob sie unter der Kraft eines magnetischen Feldes stünden, und verwendeten dann einen Licht-Ring, um das Rand des Materials zu simulieren.
Die Atome bewegen sich in einer geraden Linie, wenn sie auf den Licht-Ring treffen, und bewegen sich in einer einzigen Richtung, wie es bei den Elektronen im Zustand am Rand auftritt. Die Forscher gingen noch weiter und platzierten Hindernisse auf ihrem Weg, aber die Natrium-Atome wurden nicht abgelenkt.
„Es gibt keine Reibung, keine Verzögerung und keine Leckagen oder Streuung von Atomen im Rest des Systems. Es gibt nur einen schönen und kontrollierten Fluss“, versichert Zwierlein. Die gesammelten Daten weichen nicht zu sehr von den ursprünglichen Prognosen ab, obwohl es noch zu früh ist, um diese Technologie als Ersatz für die Elektronen in Supraleitern zu verwenden.
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Tags: Studien
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