En forskare vid University of Tsukuba har erbjudit en ny förklaring till hur superledare som utsätts för ett magnetfält kan återhämta sig, utan energiförlust, till sitt tidigare tillstånd efter att fältet har tagits bort. Detta arbete kan leda till en ny teori om supraledning och ett mer miljövänligt elektriskt distributionssystem.

Superledare är en klass av material med den fantastiska egenskapen att kunna leda elektricitet med noll motstånd. Faktiskt, en elektrisk ström kan cirkla runt en slinga av supraledande tråd på obestämd tid. Fångsten är att dessa material måste hållas mycket kalla, och trots det, ett starkt magnetfält kan få en superledare att återgå till det normala.

Det antogs en gång att den överledande till normala övergången som orsakas av ett magnetfält inte lätt kunde vändas, eftersom energin skulle försvinna genom den vanliga processen med Joule -uppvärmning. Denna mekanism, genom vilket motståndet i normala ledningar omvandlar elektrisk energi till värme, är det som tillåter oss att använda en elektrisk spishäll eller rymdvärmare.

"Joule -uppvärmning anses vanligtvis negativt, eftersom det slösar bort energi och kan till och med orsaka att överbelastade ledningar smälter, "förklarar professor Hiroyasu Koizumi vid Division of Quantum Condensed Matter Physics, Center for Computational Sciences vid University of Tsukuba. "Dock, det har länge varit känt från experiment att, om du tar bort magnetfältet, en strömförande superledare kan, faktiskt, återgå till sitt tidigare tillstånd utan förlust av energi, "

Nu, Professor Koizumi har föreslagit en ny förklaring till detta fenomen. I supraledande tillstånd, elektroner kopplas ihop och rör sig i synkronisering, men den verkliga orsaken till denna synkroniserade rörelse är närvaron av den så kallade "Berry-anslutningen, "kännetecknas av det topologiska kvantnumret. Det är ett heltal och om det är noll, strömflöden. Således, denna superström kan plötsligt stängas av genom att ändra detta nummer till noll utan Joule -uppvärmning.

Grundaren av modern elektromagnetisk teori, James Clerk Maxwell, en gång postulerade en liknande molekylär virvelmodell som föreställde sig att rymden skulle fyllas med rotation av strömmar i små cirklar. Eftersom allt snurrade på samma sätt, det påminde Maxwell om "tomgångshjul, "som var redskap som används i maskiner för detta ändamål.

"Det överraskande är att en modell från elektromagnetismens första tid, som Maxwells tomgångshjul, kan hjälpa oss att lösa frågor som uppstår idag, "Professor Koizumi säger." Denna forskning kan hjälpa till att leda till en framtid där energi kan levereras från kraftverk till hem med perfekt effektivitet. "