破解神秘的完美的效率︰ 调查超导体
1911 年，物理学家海克昂内斯旨在降低汞的作为温度接近绝对零度尽可能。他希望能赢得与认为金属会停止在极低温度下一共导电的开尔文勋爵意见不合。昂内斯和他的团队仔细操纵一套玻璃管，降低汞的温度对 3 K (-454 F)。突然，水星进行零电阻的电量。昂内斯发现了超导性。
这个单一的发现导致了跨越世纪的全球调查。虽然它解决一个科学辩论，它创造了更多。能源署科学办公室和它的前辈花了几十年来支持科学家调查神秘的超导出现在各种情况下的原因。
这个问题的答案能为科学和技术发展的主要机会。在输电和配电，失去了约 6%的分布在 U.S.External 链接的所有电力。因为，他们进行的电力，超导体不失去当前，他们可能允许超高效电网和令人难以置信的快速的计算机芯片。其绕成线圈产生磁场，可用于高效发电机和高速磁悬浮列车。不幸的是，技术挑战兼具传统和”高温”超导体限制其使用。
“到特斯拉和爱迪生引入电的使用彻底改变了我们的社会，环境超导电性会彻底改变它再一次”J.C.Séamus 戴维斯说，一位物理学家为急诊超导电性，美国能源部能源前沿研究中心与中心工作。
如何和为什么超导电性
昂内斯发现引发了一系列的活动。尽管他的宏图大志，大多数的科学家们发现只有增强超导体的局限性。
第一次重大突破之一，出现近半个世纪后昂内斯首次发现。尽管大多数研究者认为超导电性和磁性不能共存，阿列克谢特因提出可以容忍磁场在 1952 年的”第二类”超导体。特因继续他的研究在美国能源部的阿贡国家实验室 (ANL) 和后来对他的贡献赢得诺贝尔物理学奖。
下一次大飞跃进来 1957 年，当约翰 · 巴丁、 利昂 · 库珀和约翰 · 罗伯特 · 施里弗提出第一种理论的超导出现的原因。他们的理论，由美国能源部的前任，原子能委员会的支持可能他们赢得诺贝尔物理学奖。
一些金属与他们在极低温度下的行为的正常条件下的工作，他们的理论形成了鲜明对比。通常情况下，原子挤在金属，形成定期的格子。类似于辐条和恰巧棒，金属的正电的离子被粘合在一起。相比之下，负电的自由电子 （电子不绑离子） 独立穿过晶格。
但在极低的温度下，电子与周围晶格变化之间的关系。普遍的看法是电子的负电荷弱吸引正离子。像有人拽一根橡皮筋的中间，这微弱的吸引力略撤出在格子的地方正离子。即使原始电子就已经过去了，现在流离失所者积极离子然后稍微吸引其他电子。在接近绝对零度的温度，从积极的离子引力引起电子的在他们面前的道路要走。而不是独立地行驶，他们夫妇分成。这些对流很容易通过金属无阻力，造成超导电性。
发现所有新超导体
不幸的是，所有的科学家们发现的超导体只有运作接近绝对零度，冷理论上可能的温度。
但在 1986 年，格奥尔格 · 贝德和 K.亚历克斯穆勒在 IBM 发现成为超导在 35 K (-396 F) 的铜基材料。其他科学家推动这些材料的超导温度到接近 150 K (-190 F)，使研究人员使用相当普遍的液氮来冷却他们。
在过去的十年，日本和德国的研究人员发现了两个更多类别的高温超导体。铁基超导体存在在类似的条件，以铜为基础的而以氢为基础的只存在在压力超过万次，地球的大气层。
但是电子对与巴丁、 库珀和施里弗描述金属晶格中的离子之间的相互作用不能解释铜和铁基高温超导体中发生了什么事。
“我们陷入了进退两难的境地，”彼得 · 约翰逊说，物理学家在布鲁克海文国家实验室 (BNL) 和其急诊超导研究中心主任。”这些新材料挑战是所有我们现有的想法在何处寻找新超导体。
作为科学有趣，这个难题开辟了潜在的应用一个新的境界。不幸的是，产业高度专业化的应用程序只能使用”高温”超导体。他们仍然是过于复杂和昂贵，在日常生活中使用。然而，弄清楚是什么让他们不同于传统的可能是关键发展工作在室温下的超导体。因为他们不需要冷却设备，可以方便地使用，室温超导体可能更便宜、 更实用比那些可用今天。
铜和铁基超导体中自旋相邻站点上的有交替方向的南北两极。科学家们认为，这些磁极的顺序可能会影响电子的相互作用。
实验科学办公室资助的几套正在我们更接近到找出，如果有的话，高温超导体有什么共同点。证据表明电子的磁相互作用可能至关重要高温超导出现的原因。
所有电子都有自旋，创建两个磁极。因此，电子能像小冰箱磁铁。正常情况下，这些波兰人不面向特定的方式和不进行交互。然而，铜和铁基超导体是不同的。在这些材料中，相邻铁网站上的旋转有南北两极交替方向 — — 面向北，南，北，南，等等。
一个项目获紧急超导中心审查如何订购这些磁极影响及其相互作用。科学家推测，因为磁极已经指着相反的方向，它将更容易比平常电子配对。若要测试这一理论，他们相关债券之间电子 （电子对的强度） 和它们的磁场方向的力量。这项技术，他们提供重要的实验证据的超导电性和磁性相互作用之间的关系。
在美国能源部的国家实验室的若干其他实验进一步加强这一理论。这些意见满足科学家的期望应该发生什么，如果连接超导电性和磁性。
ANL 研究员观察经历多个阶段之前达到超导状态的铁基超导体。随着科学家的冷却材料，铁原子从方形结构去一个矩形，然后回到原点。一路走来，有了电子的磁极发生的重大变化。当他们最初随机，他们才到达超导假定特定顺序的权利。
在美国能源部的埃姆斯实验室，研究人员发现，添加或删除电子从铁基超导 materialExternal 链接更改方向在哪电力流动更容易。BNL 研究员指出，超导电性和磁性不仅共存，但实际上在一起波动规律。
不幸的是，电子相互作用性质复杂难以查明他们在超导发挥到底什么作用。
BNL 发现当科学家冷却铁基材料、 电子自旋的方向和他们的相互关系的研究有很大的变化。电子交换的伙伴权利之前材料成为了超导。同样，在 ANL 研究表明在铁基超导体中的电子产生”波”的 magnetismExternal 链接。因为一些磁波互相抵消，只有一半的原子展示在任何一个时间的磁性。
这些发现是提供他们做新的洞察为什么超导体的行为方式。研究解答了他们，只带来了新的很多问题。实验室已经从昂内斯手工吹制设备很长的路，但科学家继续辩论这些独特的材料的许多方面。