Självdopning - nyckeln till "varm" supraledning?

Med supraledning kan man leda ström utan energiförlust. Idag används tekniken i många praktiska tillämpningar, men fungerar bara vid mycket låga temperaturer. Forskare vid bland andra Linköpings universitet har nu gjort en upptäckt som kan vara ett steg på vägen mot målet: supraledning vid rumstemperatur.

Eftersom resistansen och energiförlusterna är lika med noll innebär supraledning exempelvis att elektromagneter i elmotorer kan göras mindre och med kraftigare magnetfält, vilket ger högre effekt och lägre energiförbrukning.

I samarbete med kolleger vid Uppsala universitet och Chalmers tekniska högskola har Martin Magnuson, universitetslektor i fysik, undersökt YBCO – ett kopparbaserat keramiskt material som är supraledande när det kyls ned under –183 grader. Studien som utförts vid synkrotronljusanläggningen Swiss Light Source i Schweiz publiceras i Nature-tidskriften Scientific Reports.

Två strukturella enheter 

Det som gör YBCO speciellt som supraledare är att det är uppbyggt av två strukturella enheter: dels staplade plan av kopparoxid vilka förmodas bära den supraledande strömmen, dels syrerika kedjor som ligger mellan planen. Vad dessa kedjor har för roll har länge förbryllat forskarna. Man kan styra graden av dopning genom att införa fler eller färre syreatomer vid framställningen av materialet och därmed optimera temperaturen där det går över till ett supraledande tillstånd. Utöver detta har man trott att kedjorna skulle vara passiva när YBCO kyls ned.

Reagerar på nedkylning 

Men nu visar Martin Magnuson och hans kollegers experimentella resultat att kedjorna i YBCO även reagerar på nedkylning genom att förse kopparoxidplanen med extra positiva laddningar (elektronhål), så kallad självdopning. De har också lyckats visa att detta sker genom förändringar i bindningarna mellan koppar och syre.

– Denna banbrytande nyhet utmanar den traditionella förståelsen av mekanismen för supraledning. Vi närmar oss lösningen av gåtan med supraledning vid hög temperatur, säger Martin Magnuson.

Artikel: Self-doping processes between planes and chains in the metal-to-superconductor transition of YBa2Cu3O6.9 av M. Magnuson, T. Schmitt, V.N. Strocov, J. Schlappa, A.S. Kalabukhov och L.-C. Duda. Scientific Reports 4, 717 (2014). DOI.1038/srep07017, 12 november 2014.

2014-11-13