Cookies op Tweakers

Tweakers maakt gebruik van cookies, onder andere om de website te analyseren, het gebruiksgemak te vergroten en advertenties te tonen. Door gebruik te maken van deze website, of door op 'Ga verder' te klikken, geef je toestemming voor het gebruik van cookies. Wil je meer informatie over cookies en hoe ze worden gebruikt, bekijk dan ons cookiebeleid.

Meer informatie

Door , , 63 reacties

Wetenschappers hebben bewijs gevonden dat een tamelijk mysterieuze staat verhindert dat materialen als supergeleiders kunnen functioneren op hoge temperaturen. Deze zogenaamde pseudogap lijkt elektronen te 'stelen' die nodig zijn voor supergeleiding.

Het onderzoek is uitgevoerd door de Stanford University en het Ministerie van Energie in de Verenigde Staten. In het lab werd koperoxide, dat op relatief hoge temperaturen kan functioneren als supergeleider, onderworpen aan een serie experimenten. Door te kijken naar de positie van de elektronen die nodig zijn voor supergeleiding probeerde men te onderzoeken of er een fenomeen is dat supergeleiding op hoge temperaturen verhindert.

Met een techniek die de naam angle-resolved photoemission spectroscopy draagt werden elektronen uit hun positie in de koperoxide verwijderd waarna de wetenschappers keken waar zij heengingen. Het is bekend dat bij supergeleiding elektronenparen worden gevormd die min of meer zonder weerstand door het materiaal kunnen bewegen, om zo elektriciteit te geleiden.

De wetenschappers observeerden in hun experimenten dat elektronen in koperoxide bij hogere temperaturen niet alleen worden ingezet voor supergeleiding, maar ook worden 'opgeslokt' door een fenomeen dat de pseudogap wordt genoemd. In deze mysterieuze staat van het materiaal zijn de elektronen niet langer beschikbaar voor supergeleiding. Ondanks het optreden van het fenomeen is nog steeds niet duidelijk waar het door veroorzaakt wordt.

Omdat het fenomeen van de pseudogap vooral optreedt bij relatief hogere temperaturen lijkt dit een beperkende factor voor het gebruik van supergeleidende materialen te zijn. Vooralsnog moeten supergeleiders afgekoeld worden tot ver onder nul graden Celcius om efficiënt elektriciteit te geleiden: pas dan kunnen elektronen zonder weerstand door een materiaal bewegen. Veel wetenschappers doen onderzoek naar supergeleiding bij kamertemperatuur. Twee jaar geleden claimden Duitse wetenschappers een doorbraak met grafiet, maar deze bevindingen zijn nog niet geverifieerd.

Volgens de wetenschappers van de Stanford University bieden de experimenten aanknopingspunten voor vervolgonderzoek. Of de vondsten uiteindelijk leiden tot het opzetten van supergeleiders op kamertemperatuur zal echter nog moeten blijken. Er zijn namelijk nog andere natuurkundige fenomenen die mogelijk supergeleiding op hogere temperaturen verhinderen.

Pseudogap

Moderatie-faq Wijzig weergave

Reacties (63)

Supergeleiding op kamertempratuur is wel heel erg hoog gegrepen, maar richting 50-100 kelvin zou al mooi zijn, dat is (redelijk) makkelijk te berijken.
Sterker nog: dat is al bereikt. Koperbariumyttriumoxide, een koperoxide, is een supergeleider met een kritische temperatuur (de temperatuur waarboven het materiaal niet meer supergeleid) van meer dan 75 K en in de meest ideale gevallen zelfs 120 K! Dan is het dus ook koelbaar met vloeibaar stikstof, wat relatief heel goedkoop is.

http://en.wikipedia.org/wiki/Yttrium_barium_copper_oxide

Ik zie nu pas dat ik niet de enige ben die dit al heeft opgemerkt:)

[Reactie gewijzigd door jarndejong op 21 december 2014 14:39]

Supergeleiding bij relatief hoge temperatuur is inderdaad bereikt. Maar het heeft wel een paar heel vervelende eigenschappen.... Deze hoge Tc supergeleiders zijn typisch keramische materialen. En dat maakt het heel erg lastig om ze nuttig te gebruiken. Je kunt ze niet naderhand in de goede vorm zetten. Je kunt bijvoorbeeld geen spoel wikkelen van dit soort materialen... je moet ze onmiddelijk bij de productie al in de gewenste vorm krijgen.

Wat dat betreft zou een nieuwe hoge Tc supergeleider die zich wél plastisch laat vervormen een enorme grote stap voorwaarts betekenen. Want dat productie probleem is momenteel voor veel toepassingen een groter obstakel dat het koelen met vloeibare stikstof.
Supergeleiding op kamertempratuur is wel heel erg hoog gegrepen, maar richting 50-100 kelvin zou al mooi zijn, dat is (redelijk) makkelijk te berijken.
Vanuit het oogpunt van koeling wel (vloeibaar stikstof), maar nu de materialen nog, die dan ook nog goed te gebruiken zijn om geleiders mee te maken.
Hier een grafiek met de ontdekte materialen door de tijd.
Het ultieme doel is uiteraard supergeleiding bij gangbare omgevingstemperaturen. Het is leuk dat supergeleiding al bij hogere temperaturen dan vroeger bereikt kan worden, maar stel je de revolutie in electronica eens voor zodra het bij kamertemperatuur mogelijk wordt. En massaproduktie van supergeleidende electronica ook nog eens rendabel is. Dat scheelt enorm veel energie maar ook thermische issues die wegvallen en nieuwe toepassingen mogelijk maken die nu worden verhinderd.
En eindelijk goedkoop hogesnelheidstreinen waarbij de baan niet hoeft te worden afgekoeld (japanse maglev).
Ik denk dat het concept van Elon Musk, de Hyper loop, dan zeer aantrekkelijk gaat worden. Aangezien de Maglev nog steeds last heeft van de luchtweerstand. En de hyper loop geleidt wordt door een buis met een nabij vacuum omgeving.
Wie weet? Er is nog zoveel onbekend over supergeleiding dat is onmogelijk is te voorspellen waar de grenzen liggen.

Dit soort onderzoek is onontbeerlijk. Elke graad die de temperatuur omhoog kan maakt het in ieder geval makkelijker om supergeleiding toe te passen.
Als ik zo snel iets kan vinden is HBCCO of HgBa2Ca2Cu3Ox een supergeleider op de hoogste temperatuur, deze zit blijkbaar al op 133K!

http://en.wikipedia.org/w...uperconductivity#Examples
En als dan ook geen gekke druk nodig is. (zoals bij zwavel hydride - 150 GPa en vele andere stoffen) zou het helemaal mooi zijn
aadje93: "richting 50-100 kelvin".

Supergeleiders tot 130 K zijn al bekend,d Dus ik neem aan dat je iets anders bedoeld?.
De supergeleiders die op die tempraturen werken vereisen vaak dusdanige omstandigheden dat het nog steeds niet "handig" werkt, (heb ergens Gpa's voorbij zien komen hier)
sinds 5 November 2014 de eerste boven 100C (!)
http://www.superconductors.org/110C.htm
hier de hele lijst:
http://www.superconductors.org/type2.htm
Kelvin is niet zo vreemd hoor als je het over supergeleiding hebt.Natuurkundigen gebruiken zowiezo liever kelvin ipv arbitrair samengestelde schalen als celsius, fahrenheit, réaumur etc.

[Reactie gewijzigd door blobber op 21 december 2014 12:24]

Buiten het absolute nulpunt is Kelvin best arbitrair, er is geen objectieve reden dat een graad Kelvin even veel temperatuurverschil betekent als een graad Celsius.
Alle eenheden zijn arbitrair, ze zijn namelijk bedacht door mensen. Waarom is een meter een meter en een volt een volt? Mensen hebben wat bedacht en gestandariseerd zodat je ermee kunt rekenen en vergelijken. Meer is het niet.
Behalve de fundamentele eenheden dan: Planck's distance, Planck's time en Planck mass.

Die zijn samengesteld uit fundamentele natuurconstanten (lichtsnelheid, Planck's constante en Newton's constante).
Dat heet ook wel definitie. En dat komt omdat de heer Kelvin Celcius gebruikte voor de eenheid in zijn schaal gebaseerd op het absolute nulpunt in Temp. Dus in die zin arbitrair, want hij had natuurlijk ook iets anders kunnen kiezen.
Maar om die reden is 1 Celsius dus gelijk aan 1 kelvin eenheid.

Wat heeft dit met wel/niet objectief te maken snap ik niet.
Zo werkt het altijd bij het definiëren van dit soort dingen.
Objectief wil aangeven dat het een meetbare eigenschap van het object is, onafhankelijk van de waarnemer. In tegenstelling tot subjectief waar rekening gehouden moet worden met degene die de observatie doet. Dat iets niet strikt objectief is wil niet zeggen dat het minder bruikbaar is.

Zoals arbraxas hierboven ook al aangeeft, het is allemaal door mensen bedacht en dus arbitrair. Maar het helpt ons wel de wereld beter te begrijpen.
Toen ik mijn antwoord postte, dacht ik daar ook aan.Ik neem aan dat het gewoon handig was om de grootte van 1 graad gelijk te houden met die van celsius zodat je alleen een shift nodig hebt om van de een naar de ander te gaan.
Zéér juist + dat er veel formules zijn bij berekeningen hieromtrent waarbij je de temperatuur in Kelvin moet ingeven zodat je geen negatieve uitkomst krijgt.
In de wetenschap en zeker dit onderwerp wordt juist veel gebruik gemaakt van kelvin omdat dit een absoluut nulpunt aangeeft met 0.
Omdat het over supergeleiding ging, zat ik in mijn hoofd al met Kelvin ipv Celcius. en dan schrijft de reporter:
afgekoeld worden tot ver onder het nulpunt
Dus toen dacht ik even, "WTF?" :)
Dat is inderdaad een vreemde zin als je hem zo leest.

Artikel zou er baat bij hebben als er een temperatuur schaal vermeld zou worden. Dus of Kelvin of Celsius.

Omdat je bij dit soort artikelen uitgaat van Kelvin moeten ze niet opeens met Celsius gaan rekenen.
Reporters zijn ook maar gewone mensen en geen natuurkundigen. Voor de temperatuur denken die eerder aan de schaal die de eigen thermometer aangeeft. Zeker in dit geval waarbij supergeleiding bij "kamer temperatuur" wordt gesproken.
Kamertempratuur is anders gewoon circa 293 kelvin. Ik zie het verschil tussen 20°C en 293 kelvin niet echt, allebij boven "0" en allebij een heel getal (in tegenstelling tot fahrenheit welke gebaseerd is op het menselijk lichaam)
0 K = -273,15°C
Bij kamertemperatuur wordt vaak 25°C (298,15K) bedoeld. (En dus niet de gemiddelde temperatuur van de kachel in de woonkamer)

Maar in deze context is Kelvin de enige juiste eenheid voor temperatuur.

[Reactie gewijzigd door -RetroX- op 22 december 2014 11:25]

berijken ipv bereiken?
Ja, ik denk namelijk dat je best wel rijk kunt worden van een techniek die supergeleiding behaalt bij relatief hoge die echter nog ver van de kamertemperatuur afliggen.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 21 december 2014 15:07]

Waarom dan? Kan iemand hier een praktische toepassing van noemen? :o
Ja, de transport verliezen in ons elektriciteitsnet net zijn enorm, als je dat supergeleidend kon maken had je niet alleen veel bescheidener kabeltjes nodig maar kon je meteen een paar centrales uitschakelen.

[Reactie gewijzigd door JRvP op 22 december 2014 18:31]

"electrischiteits net", dat is toch weer wat anders dan de dt-fouten die op dit forum zo welig tieren. :)
Srry, vaak ben ik te snel.... maar het is gekoricheerd, hopelijk kan je nu weer slapen vanacht.
MRI-scanners maken gebruik van supergeleidende magneten welke in een vat van vloeibaar helium liggen. Helium is duur en raakt langzaam op. Een supergeleidend materiaal waar draad van gemaakt kan worden(geen keramische materialen dus) om een spoel te wikkelen en supergeleidend is op bijvoorbeeld de temperatuur van vloeibaar stikstof (goedkoop en in ruime mate op voorraad) kunnen dus zelfs medische kosten drukken.
De LHC gebruikt supergeleidende magneten die nu gekoeld moeten worden met vloeibare helium.Het duurt weken om tot die temperatuur te komen en het kost ongeloofleijk veel energie en geld.
@frizti,
Over spelfouten zaniken we hier niet. Maar wat is er mis met temperaturen in kelvin?
Hoofdletter versus kleine letter misschien? Bedenk dat we bijvoorbeeld in geval van stroom en spanning spreken over 230 V en 16 A. Hoofdletters dus, maar voluit doen we dit in kleine letters volt en ampère. Of bedoel je misschien graden kelvin? Ook dan is het fout. Kortom wat bedoel je?
Bedenk ook dat de graad Celsius (mocht je het over die boeg willen gooien) alleen maar een "huishoudelijke" schaal is, hier en daar elders in de wereld wordt nog altijd de Fahrenheit gebruikt. In het internationale eenhedenstelsel is de kelvin een van de vier hoofdeenheden. Oh ja, even terzijde, die -1 heb ik niet op mijn geweten.

[Reactie gewijzigd door Techneut op 21 december 2014 13:36]

Dus omdat het over supergeleiding gaat moet iedereen maar meteen de Kelvin schaal gebruiken? In het artikel komt dat dus niet duidelijk over, en er zijn zat niet techneuten die hier komen. En oke over de spelling was een flauwe opmerking, maar het valt me tegenwoordig wel op hoeveel fouten er gemaakt worden (en nee ook mijn nederlands is niet perfect). Fijne feestdagen allemaal.
We zijn hier wel op Tweakers, niet op de website van de Linda glossy ofzo. Je mag enige voorkennis verwachten, of als die voorkennis er niet is, een wil om dat soort details op te zoeken. Zo'n moeilijk concept is Kelvin nu ook weer niet.
Als we hier alles moeten gaan versimpelen voor de gemiddelde persoon verliest Tweakers juist z'n karakter.
Kan ik me 100% in vinden.
Enige basale achtergrondkennis mogen we wel van een tweaker verwachten. :)

Indien je je in "de kelvin (K)" wilt verdiepen kun je altijd nog even op Wikipedia kijken.

Het is 0K, of 0 kelvin en dit staat gelijk aan -273.16 graden Celsius (C).
Oftewel 273,16 kelvin (K) = 0 graden Celsius (C)

Waarom Celsius met hoofdletter C en kelvin met kleine letter k moet worden geschreven ontgaat me helaas, maar dat is waarschijnlijk omdat Celsius een eigennaam was?.

[Reactie gewijzigd door misterbennie op 21 december 2014 16:07]

Waarom Celsius met hoofdletter C en kelvin met kleine letter k moet worden geschreven ontgaat me helaas, maar dat is waarschijnlijk omdat Celsius een eigennaam was?
Dat was Kelvin ook. Het verschil is dat kelvin in het SI-stelsel is vastgelegd, en dat komt met een bepaalde schrijfwijze. Het symbool voor een eenheid moet met een kleine letter worden geschreven tenzij deze is afgeleid van een eigennaam, dan wordt het een hoofdletter. De namen van de eenheden worden geschreven volgens de regels van de taal, maar in het Nederlands zien we het niet als eigennamen dus krijgen ze geen hoofdletter tenzij ze aan het begin van een zin staan.

Voor Celsius geldt dat allemaal niet, dus dat schrijven we zoals we het gewend zijn: Met een hoofdletter omdat het een eigennaam betreft.
De reden is dat je 25 graden Celsius met een kleine g schrijft, en 25 kelvin met een kleine k. Compleet consistent dus.
De reden is dat je 25 graden Celsius met een kleine g schrijft, en 25 kelvin met een kleine k. Compleet consistent dus.
Hoe kom je daar nu weer bij. Een kleine letter g is in het SI-stelsel het symbool voor gram, niet voor graden Celsius :S

EDIT: Niet dat ik wil impliceren dat Celsius überhaupt is opgenomen in het SI-stelsel.

[Reactie gewijzigd door Patriot op 21 december 2014 19:34]

De kleine g waar MSalters het over heeft slaat op de g van graden niet op Celsius.
Maar graad zonder toevoegsel heeft meestal geen betekenis.

graden Celsius (temperatuur)
Duitse graden (hardheid water)
etc

Bij temperatuur staat graden voor het symbooltje bij Celsius en Fahrenheit °C en °F.

ter info:
Graad komt van het Latijns woord gradus en betekend "trede" en wordt in het algemeen gebruikt indien een meetschaal geen absoluut 0-punt heeft.

Voor zover ik weet wordt graden niet afgekort met g, maar met °.

[Reactie gewijzigd door misterbennie op 22 december 2014 08:40]

Bij elektriciteit worden hoofdletters gebruikt voor gelijkstroom een kleine letters voor wisselstroom, daarom dus de hoofdletters. Hoe het voor de rest zit weet ik niet precies, maar in het algemeen maakt het niet uit wat je gebruikt als je maar maar aangeeft welke eenheid je gebruikt en bij supergeleding is dit meestal kelvin.(kelvin is trouwens gebaseerd op Celsius, alleen een beetje verschoven).
-edit. verkeerd om :P-

[Reactie gewijzigd door sjaakwortel op 22 december 2014 01:22]

Citaat:
Bij elektriciteit worden kleine letters gebruikt voor gelijkstroom een hoofdletters voor wisselstroom, daarom dus de hoofdletters.
Nee, gelijk- of wisselstroom maakt geen enkel verschil. Geen flauw idee waar je dit vandaan haalt. Heel simpel, afkortingen van eenheden (V, A, W) schrijf je met een hoofdletter, eenheden voluit geschreven met kleine letters. En kelvin gebruik je in alle technische en wetenschappelijke verhandelingen over temperatuur. Met dezelfde schaal als celsius, alleen 273 graden verschoven heb je uiteraard gelijk.

[Reactie gewijzigd door Techneut op 21 december 2014 16:59]

In veel lesboeken/documentatie word die aanduiding gebruikt voor wissel/gelijkstroom. Dat komt omdat wisselstroom eigenlijk geen statische waarde heeft in volt. ( http://www.play-hookey.co...damentals/ac_what_is.html) Tevens is van celcius naar kelvin -273.15.

[Reactie gewijzigd door sjaakwortel op 22 december 2014 01:32]

Dit wordt enkel gedaan bij de letters voor de grootheid van opgewekte spanning en stroom. Dus i en u ( meestal e).
Er zijn al supergeleidende materialen boven de 100 K
Nee, niet omdat het over supergeleiding gaat, het doet er totaal niet toe wat het onderwerp is. Maar internationaal is destijds het ISO-stelsel tot stand gekomen. Met name om duidelijke afspraken te maken en mogelijke misverstanden te vermijden. Sindsdien is wereldwijd dit mks-stelsel in gebruik (meter-kilogram-seconde) waaraan later de kelvin is toegevoegd is. En aangezien het hier over een wetenschappelijke publicatie gaat, lijkt me deze woordkeuze gewoon logisch en niet wereldvreemd. Onder wat jij noemt techneuten ook heel gewoon.
Bovendien lijkt me om toch op het onderwerp terug te komen de term nul kelvin hier nou net heel relevant.

[Reactie gewijzigd door Techneut op 21 december 2014 15:00]

Electronen bewegen niet "min of meer zonder weerstand" bij supergeleiding. Supergeleiding is helemaal geen weerstand voor de stroom. Dat is een niet onbelangrijk verschil: elektrische weerstand blijkt helemaal niet zo vanzelfsprekend te zijn.

(in hoeverre je stroom nu met bewegende elektronen gelijk kunt stellen is voor een andere keer).
Die andere keer mag vind ik ook meteen, anders staat hij wellicht niet in verband met dit onderwerp.
Elektrische stroom is per definitie de verplaatsing van elektronen. Alleen bestaan hierover bij sommigen een paar misverstanden. De snelheid van stroom is zeer hoog, afhankelijk van de hier niet nader te noemen eigenschappen van de geleider in de orde van 2/3 van de lichtsnelheid in het vacuüm. Maar verwar dit niet met de snelheid waarmee elektronen zich verplaatsen. Die is maar heel laag. Vergelijk het met een lange dunne buis helemaal vol met knikkers. Duw er aan het begin een knikker bij, dan rolt er meteen aan het eind een knikker uit. Snelle reactie dus, maar het duurt wat langer voor dat bij het hiermee doorgaan de eerst kikker eruit valt.
Sorry, maar dit is gewoonweg niet waar. Elektrische stroom is de verplaatsing van elektrische lading, niet van electronen. Het is echter wel zo dat in de huis-tuin-en-keuken gevallen van elektrische stroom de ladingdrager (bijna) altijd elektronen zijn. Maar bijvoorbeeld protonen, die met hoge snelheid door CERN vliegen, en ook een (positieve) lading hebben, veroorzaken wel degelijk een stroom.
@TheMazzter: -90k lijkt me best wel fris, krijg je dan geen zwaartekracht issues ?
Nee, dat is extreem heet. Negatieve temperaturen kunnen bestaan in afgesloten systemen, waarbij de verhoging van de energie het aantal mogelijke toestanden kan verlagen.
Ik word nu wel heel erg nieuwsgierig. Heb je een bron die over negatieve (in Kelvin) temperaturen gaat?
Klopt helemaal, maar dit bestempelt mijn uitleg nog niet tot "gewoonweg niet waar".
Je zou van mijn uitleg kunnen zeggen dat dit niet het complete verhaal is. Strikt genomen heb je gewoon gelijk met je definitie van verplaatsing van elektrische lading, ik spreek dat zeker niet tegen. Maar bij de proeven in het CERN worden situaties gecreëerd die in de natuur niet voorkomen. In de natuur zijn de elektronen de ladingdragers, waarbij dan bij een elektrische stroom ook echt verplaatsing van elektronen plaatsvindt.
Moleculen zitten niet stil. Hoe hoger de temperatuur, hoe meer ze vaak bewegen. Het is dan ook niet gek dat elektronen dan alle kanten op vliegen. Er zou misschien een supergeleider gemaakt kunnen worden, door een combinatie van materialen te nemen die elkaars molecule bewegingen compenseren. Of door geleiders te maken onder hoge druk, zodat de dichtheid groter is. Of een combinatie van.

Op dit item kan niet meer gereageerd worden.



Apple iOS 10 Google Pixel Apple iPhone 7 Sony PlayStation VR AMD Radeon RX 480 4GB Battlefield 1 Google Android Nougat Watch Dogs 2

© 1998 - 2016 de Persgroep Online Services B.V. Tweakers vormt samen met o.a. Autotrack en Carsom.nl de Persgroep Online Services B.V. Hosting door True