A szupravezető olyan elem vagy fémötvözet, amely egy bizonyos küszöbhőmérséklet alá hűtve drasztikusan elveszíti az összes elektromos ellenállást. A szupravezetők elvileg megengedhetik elektromos áram energiaveszteség nélkül áramlik (bár a gyakorlatban egy ideális szupravezetőt nagyon nehéz előállítani). Az ilyen típusú áramot túláramnak nevezik.
Az a küszöbhőmérséklet, amely alatt az anyag szupravezető állapotba kerül, az alábbiakat jelölik Tc, amely a kritikus hőmérsékletet jelenti. Nem minden anyag vált szupravezetővé, és azoknak az anyagoknak, amelyek mindegyikének megvan a saját értéke Tc.
A szupravezetők típusai
- I. típusú szupravezetők szobahőmérsékleten vezetőkként működik, de az alább lehűtött hőmérsékleten Tc, az anyagon belüli molekuláris mozgás annyira csökken, hogy az áram áramlása akadálytalanul mozogjon.
- A 2. típusú szupravezetők nem különösebben jó vezetők szobahőmérsékleten, a szupravezető állapotba való átmenet fokozatosabb, mint az 1. típusú szupravezetőknél. Az állapotváltozás mechanizmusa és fizikai alapja jelenleg nem teljesen ismert. A 2. típusú szupravezetők általában fémvegyületek és ötvözetek.
A szupravezető felfedezése
A szupravezető képességet először 1911-ben fedezték fel, amikor a higanyt Heike Kamerlingh Onnes holland fizikus kb. 4 Kelvin-fokra hűtte, amely az 1913-as fizikai Nobel-díjat nyerte el neki. Az évek óta ez a terület jelentősen kibővült, és sok más szupravezető formát fedeztek fel, ideértve a 2. típusú szupravezetőket az 1930-as években.
A szupravezető képesség alapvető elmélete, a BCS-elmélet a tudósoknak - John Bardeennek, Leon Coopernek és John Schrieffernek - az 1972-es fizika Nobel-díjat kapta. Az 1973-as fizikai Nobel-díj egy része Brian Josephson-hoz került, szintén szupravezető munka miatt.
1986 januárjában Karl Muller és Johannes Bednorz felfedezést készített, amely forradalmasította a tudósok gondolkodását a szupravezetőkről. Ezt a pontot megelőzően a megértés az volt, hogy a szupravezető képesség csak akkor fordul elő, amikor közel hűtötték abszolút nulla, de bárium, lantán és réz oxidjával úgy találták, hogy körülbelül 40 fokos Kelvin fokon szupravezetővé vált. Ez elindította a versenyt olyan anyagok felfedezésére, amelyek sokkal magasabb hőmérsékleten szupravezetőkként működtek.
Az elmúlt évtizedekben az elért legmagasabb hőmérsékletek körülbelül 133 Kelvin fok voltak (bár nagy nyomás alkalmazása esetén akár 164 Kelvin fok is felmelegedhet). 2015 augusztusában a Nature folyóiratban közzétett cikk beszámolt a szupravezető képesség felfedezéséről 203 Celsius fokos hőmérsékleten, amikor nagy nyomás alatt van.
Szupravezetők alkalmazása
A szupravezetőket különféle alkalmazásokhoz használják, de leginkább a nagy hadron-ütköző szerkezetén belül. A töltött részecskék gerendáját tartalmazó alagutákat erős szupravezetőket tartalmazó csövek veszik körül. A szupravezetőkön átáramló túláramok intenzív mágneses teret generálnak elektromágneses indukció, amelyet fel lehet használni a csapat felgyorsításához és irányításához.
Ezen felül a szupravezetők bemutatják a Meissner-effektus amelyek során az anyagon belüli összes mágneses fluxus megszűnik, tökéletesen diamagnetikusvá válva (1933-ban fedezték fel). Ebben az esetben a mágneses mező vonalai valóban a hűtött szupravezető körül mozognak. Ez a szupravezetők ez a tulajdonsága, amelyet gyakran használnak a mágneses lebegési kísérletekben, például a kvantum lezárásban megfigyelt kvantumzárral. Más szavakkal, ha Vissza a jövőbe A stílusos léggömbök valósággá válnak. Egy kevésbé hétköznapi alkalmazásban a szupravezetők szerepet játszanak a 2007 - es modern fejlődésben mágneses lebegő vonatok, amely nagyszerű lehetőséget kínál a nagy sebességű, villamos energián alapuló tömegközlekedésre (amely lehet megújuló energia felhasználásával előállított energia), szemben a nem megújuló áramforrásokkal, például repülőgépekkel, autókkal és széntüzelésű energiákkal vonatok.
Szerkesztette Anne Marie Helmenstine, Ph. D.