Supergeleiding: - KNAW Onderwijsprijs

Conclusie
Wij begonnen dit PWS met de hoofdvraag “Wat is de invloed van drank op supergeleiding?”. De
hoofdvraag splitsten wij in vier deelvragen:
1. “Wat is supergeleiding?”
2. “Welke manieren zijn er om een supergeleider bij een hogere temperatuur supergeleidend te
maken?”
3. “Wat gebeurt er op moleculair niveau met de supergeleider?”
4. “Welke stof heeft deze invloed op de supergeleider?”
1. “Wat is supergeleiding?”
Supergeleiding is de weerstandloze vorm van geleiding. Voordat we ingaan op
supergeleiding gaan we eerst normale geleiding behandelen.
Een elektrische stroom is het verschil tussen hoeveel elektronen van de ene pool naar de
andere pool stromen en andersom.
De snelheid waarmee de elektronen stromen noemt men de driftsnelheid. Als de
driftsnelheid nul is loopt er geen stroom. De driftsnelheid ontstaat door een elektrisch veld,
hierdoor ondervinden de elektronen een coulombkracht. Het elektrisch veld ontstaat door
een potentiaal verschil tussen beide kanten van de geleider.
De elektronen versnellen door het elektrisch veld, deze versnelling is gelimiteerd. Dat komt
doordat de elektronen verstrooid worden, ze botsen met atomen uit het rooster. Dit noemt
men de gemiddelde botsingtijd van een elektron. Zo neemt de driftsnelheid toe door het
elektrisch veld en af door de gemiddelde botsingtijd. De driftsnelheid stelt zich in als
evenwicht. Doordat elektronen botsen met de atomen wordt de geleider warmer.
Bij supergeleiding verdwijnt de elektrische weerstand als de supergeleider kouder is dan z’n
eigen kritische temperatuur TC. Doordat de atomen minder hard trillen zorgt een
voorbijkomend elektron tijdelijk voor een lokale concentratie positieve lading, doordat de
atomen rond het elektron allemaal richting het elektron worden getrokken. Omdat een
elektron veel sneller is dan een atoom, vindt het maximale effect pas plaats als het elektron al
een eind weg is. Met als gevolg dat een tweede elektron zal worden aangetrokken door deze
concentratie positieve lading. De elektronen oefenen op deze manier via het rooster een
zwakke aantrekkende kracht op elkaar uit, men noemt dit een Cooperpaar. De
coherentielengte van een Cooperpaar bedraagt ongeveer 100 nm. Het gevolg van deze grote
afstand is dat er 106 andere elektronen uit andere Cooperparen tussen de twee elektronen uit
het desbetreffende paar kunnen bevinden. Hierdoor vormt zich een macroscopische
kwantumtoestand, waarin alle elektronen een zwakke kracht op elkaar uitoefenen via het
rooster. Elektronen kunnen nu niet meer verstrooid worden, want dat zou betekenen dat ze
in een andere kwantumtoestand komen. En dat is juist wat niet mogelijk is. Binnen deze
Pagina | 34