Superjohtavia

Superjohtavia on suomenkielinen termi, jolla viitataan materiaaleihin ja laitteisiin, joissa esiintyy superjohtavuus. Superjohtavuus tarkoittaa, että materiaali menettää sähkövastuksensa käytännössä kokonaan ja magneettikenttä hylätään Meissnerin ilmiön kautta, kun lämpötila alittaa kriittisen lämpötilan. Näin ne voivat johtaa suuria virtoja ilman energiahäviötä ja vaikuttaa magneettikenttien käyttäytymiseen.

Perusilmiön selittää elektronien muodostama Cooper-pari. Konventionaaliset superjohtavat materiaalit, kuten NbTi ja Nb3Sn, toimivat BCS-teorian mukaan ja niiden Tc on usein alle 30 kelvin. Korkean kriittisen lämpötilan superjohtavuudet, kuten cupraatit ja iron-pniktiset yhdisteet, saavuttavat Tc:n yli 90 kelvin, ja niiden mekanismeja tutkitaan yhä.

Ominaisuuksiin kuuluu kriittinen virrasyvyys (Jc) ja kriittinen magneettikenttä (Bc). Näiden arvojen ylittäminen katkaisee superjohtavuuden. Tämä rajoittaa käytäntöjä ja edellyttää jäähdytystä sekä materiaalin ja rakenteen kehittämistä.

Sovelluksia ovat MRI-laitteet ja suuret magnetit hiukkasfysiikassa sekä sähköverkkojen suurjohdot ja magnetiset suojajärjestelmät. Kvanttitekniikassa suprakondensoituneita tiloja käytetään kvbiteissa, kuten transmon- ja flux-qubiteissa. Tutkijat kehittävät materiaaleja, jotka toimivat korkeammissa lämpötiloissa ja vahvemmissa magneettikentissä.

Historia: superjohtavuus löydettiin vuonna 1911, kun Kamerlingh Onnes jäähdytti ainetta äärilämpötilaan. Meissnerin ilmiö vahvistui vuonna 1933. BCS-teoria julkaistiin vuonna 1957. Vuonna 1986 Bednorz ja Müller löysivät korkean kriittisen lämpötilan cuprateista, mikä johti nopeaan kehitykseen ja uusien materiaalien tutkimukseen.