Archiwum Polityki

Elektronowy sierżant

W kilka miesięcy po przyznaniu Nagrody Nobla z dziedziny chemii za „przewodzące elektryczność plastyki”, „Nature” – najbardziej prestiżowy periodyk naukowy, opublikował artykuł informujący o kolejnym przełomowym odkryciu. Naukowcy pracujący w Laboratoriach Bella zdołali uzyskać efekt nadprzewodnictwa w polimerze (polimery są głównymi składnikami tworzyw sztucznych, czyli plastyków). Ważną rolę w tym odkryciu, które w przyszłości może w rewolucyjny sposób zmienić wiele działów techniki, odegrał Christian Kloc, uczony polskiego pochodzenia.

Nadprzewodnictwo jest bardzo cenną własnością, obserwowaną w niewielkiej tylko grupie materiałów. Polega na zdolności do przewodzenia prądu elektrycznego bez oporu, czyli bez straty energii. Zjawisko to odkrył Heike Kammerlingh-Onnes w 1911 r. badając własności metali w niskich temperaturach. Dlaczego metale wykazują opór elektryczny? Otóż każdy materiał zdolny do przewodzenia prądu elektrycznego musi posiadać tzw. swobodne nośniki ładunku. W przypadku metali są to elektrony, które podczas przepływu prądu elektrycznego przemieszczają się w stronę elektrody dodatniej. Przemieszczają się jednak nie bez przeszkód, gdyż po drodze zderzają się z tzw. fononami, czyli drgającymi kationami metali. Te zderzenia powodują straty w energii elektrycznej, która w jakiejś części zamienia się w energię cieplną. Każdy zna z autopsji przegrzewanie się przewodów elektrycznych spowodowane ich oporem, które może w skrajnym przypadku doprowadzić do pożaru instalacji elektrycznej.

Przemieszczanie się ładunków w metalu wykazującym opór elektryczny można porównać do ruchu pijanych rekrutów, którzy przez las, na skróty, usiłują dostać się do koszar. Wszyscy dochodzą, ale tracą dużo energii wskutek zderzeń z drzewami. Wyobraźmy sobie, że w lesie nagle pojawia się wściekły sierżant, na widok którego żołnierze natychmiast trzeźwieją ze strachu. Ustawieni w pary potulnie przemieszczają się ścieżką w kierunku koszar, energię tracąc jedynie na głośne śpiewanie piosenki „Panie sierżancie bolą nogi”. Z grubsza to samo dzieje się w nadprzewodzącym metalu. W pewnej temperaturze (zazwyczaj dosyć niskiej) pojawia się „sierżant elektronowy”, który powoduje, że elektrony pokornie ustawiają się w pary i gnają prosto do elektrody, nie obijając się po drodze.

Ze zjawiskiem nadprzewodnictwa związany jest również tzw.

Polityka 13.2001 (2291) z dnia 31.03.2001; Nauka; s. 88
Reklama