Superjohtimissa

Superjohtimissa viittaa ilmiö, jossa tietyt materiaalit osoittavat käytännössä nollan sähköisen vastuksen ja kykenevät karkottamaan magneettikentän, kun ne jäävät kriittisen lämpötilan alapuolelle. Tämä tila on tunnettu superjohtuvuudena.

Ilmiö johtuu Cooper-pareista, joissa elektronit muodostavat pari, joka liikkuu dissipatiivista energiaa menettämättä. Konventionaalisessa BCS-teoriassa pari muodostuu phononien välityksellä ja avaa energian jättöaukon.

Materiaalit jaetaan kahteen päätyyppiin: Type I -tyyppiset materiaalit kokevat täydellisen Meissnerin ilmiön ja menettävät suprajohtavuutensa pienillä magneettikentillä; Type II -tyyppiset materiaalit kestävät suurempia kenttiä ja magneettikenttä tunkeutuu osittain vorteksien muodossa, mikä luo sekoitetun tilan.

Kriittiset parametrit määrittävät käytön: kriittinen lämpötila Tc, kriittinen magneettikenttä Hc (Type I) tai Hc1 ja Hc2 (Type II), sekä kriittinen virrantiheys Jc.

Perinteinen supravodellisuus voidaan selittää BCS-teorialla, jossa elektroniparit muodostuvat ja liikkuvat ilman energiahäviötä. Korkean kriittisen lämpötilan suprajohtuvuudet, kuten kupraatit ja rautapohjaiset yhdisteet, vaativat lisäselityksiä.

Sovellukset kattavat magneettikuvauslaitteet (MRI), hiukkasfysiikan kokeet sekä suurten magneettisten järjestelmien rakentamisen sekä kvanttitietokoneisiin liittyvät komponentit kuten SQUID-laitteet.

Historia: Superjohtuvuus löydettiin Heike Kamerlingh Onnesin laboratoriossa vuonna 1911, ja Meissner–Ochsenfeldin ilmiö osoitettiin vuonna 1933.