Superjohtuvat

Superjohtuvat ovat aineita, jotka johtavat sähköä käytännössä ilman resistanssia, kun niitä jäähdytetään kriittisen lämpötilansa Tc alapuolelle. Niillä esiintyy myös Meissnerin ilmiö, jolla magneettikenttä hylätään materiaalin sisältä täydellisesti sen ollessa superjohtava.

Keskeisiä ominaisuuksia ovat nollaresistanssi ja Meissnerin ilmiö. Ominaisuudet ilmenevät Tc:n alapuolella. Tyypin I ja tyypin II superjohtuvuudessa on ero magneettisiin kenttiin reagoinnissa: tyyppi I menettää Meissnerin tilansa jo pienissä kentissä, tyypin II kestää suurempia kenttiä ja salli magneettisen fluxin pääsyn materiaaliin osittain.

BCS-teoria (1957) selittää konventionaalisen superjohtuvuuden Cooper-parien kautta elektronien välisen vuorovaikutuksen avulla. Matalalämpötilaiset superjohtuvat ovat aineita kuten Pb, NbTi ja Nb3Sn. Korkean lämpötilan superjohtuvuudet, erityisesti cupraatit ja rautapiniktilaiset, havaittiin 1980-luvulla ja ne voivat toimia yli 77 kelvinin lämpötiloissa näissä materiaaleissa.

Käyttökohteita ovat muun muassa magneettikuvauslaitteet (MRI) ja ydinmagneettiset resonanssijärjestelmät (NMR), maglev-junat sekä suurjännitteiset magnetit hiukkasfysiikassa. Lisäksi kehitetään superjohtavia kaapeleita sekä kvanttisensoreita, kuten SQUID-sensorit ja Josephson-rajapinnat, joita käytetään kvanttitietotekniikassa ja mittauksissa.

Historiaan kuuluvat merkittävät läpimurrot: 1986 Bednorz ja Müller löysivät korkean lämpötilan superjohtuvuuden cuprateista, mikä ylitti aiemmat rajoitteet. 2000-luvulla lisättiin rautapniktilaiset superjohtuvuudet. Viimeaikaiset tutkimukset ovat raportoineet rooman lämpötilan superjohtavuutta hydrideissä erittäin suurissa paineissa, mutta käytännön sovellukset ovat vielä kaukana.