Heat superconductivity en superfluidity bestaan nu alleen nog in theorie. Maar als je dit kunt realiseren ontstaan fantastische toepassingen:
|
Links |
: |
Zelfs goede warmtegeleiders geleiden warmte traag. Stroom bijvoorbeeld, verplaatst zich VEEL sneller. En dan heb je bij stroom nog zoiets als supergeleiding: weerstandsloze stroomgeleiding. Warmte is een heel andere vorm van energie dan stroom, maar ik vroeg me af: bestaat er zoiets als warmte-supergeleiding? Het kostte me een tijdje googlelen, maar... het bestaat!!! Het heet: Heat Superconductivity. en schijnt samen te gaan met superfluidity.
Junren Shi & Zhengqian Cheng, International Center for Quantum Materials, Peking University, Beijing 100871, China
Elektronen/atomen kunnen op lage temperaturen in superconductors/superfluids stromen zonder energieverlies.
We praten dus tegelijk over heat superconductivity en over superfluidity!
Wat is dit en wat kan je hiermee?
An interesting question is: can we have a superconductor for heat current, in which heat/energy can flow without dissipation?
Here we show that heat superconductivity is indeed possible. We will show how the possibility of the heat superconductivity emerges in theory, and how the heat superconductor can be constructed using recently proposed time crystals. The underlying simple physics is also illustrated. If the possibility could be realised, it would not be difficult to speculate various potential applications, from heat tele-transportation to cooling of information devices. The usual superconductivity emerges as a result of spontaneous breaking of electromagnetic gauge symmetry 4. The gauge symmetry dictates that all electron systems are invariant under changes of phase pre-factors of wave amplitudes of constituent electrons. The conservation of electron numbers is a result of the symmetry, according to Noether’s theorem. A superconductor breaks the gauge symmetry: its ground state is not a phase symmetric and fixed-particle-number state, as expected from the gauge symmetry. Instead, a macroscopic superconductor has definite phase for its constituent particles (Cooper pairs). When coupling two superconductors with different phases, one finds a super-current between them, known as Josephson effect a slow spatial variation of the phase in continuous space will drive a super-current.
The above discussion provides useful hints on how the heat superconductivity could emerge. Like the electron numbers, energy is a conserved quantity. Actually, it is the only quantity that is conserved for all imaginable physical systems. The symmetry associating with the conservation of energy is nothing but the time translational symmetry. An analogy to the usual superconductivity immediately suggests that the heat superconductivity could emerge as a result of spontaneous breaking of the time-translational symmetry, which is equivalent to spontaneous emergence of local clocks 2. One would expect a spatial variation of local clocks could drive a heat super-current, i.e., the Josephson effect for heat.
Ueeh heel eerlijk gezegd: dit hierboven is alleen nog maar de inleiding van de heren "Junren Shi & Zhengqian Cheng" en ik verzuip nu al in deze tekst met mijn HTS-werktuigbouwkunde natuurkunde-kennisniveau. Ik hoop dat eerdaags natuurkunde-journaals meer helder licht op deze materie kunnen laten schijnen zodat ik het ook begrijp. Maar op het moment dat ik fantaseerde over Heat superconductivity en me afvroeg of het wel bestond, blijkt dat anderen het volop onderzoeken en hebben beschreven.