Suprajohtavien

Suprajohtavien aineiden ilmiö tarkoittaa, että tietyt materiaalit johtavat sähköä ilman vastusta matalissa lämpötiloissa. Tämä ilmiö liittyy sekä energiahävikkien puuttumiseen että Meissnerin ilmiöön, jossa magneettikenttä karkotetaan materiaalin sisältä, kun se muuttuu suprajohtavaksi. Kriittinen lämpötila Tc määrittää lämpötilan, jolla suprajohtavuus syntyy ja loppuu. Suprajohtavuudella on rajoja: kriittinen magneettikenttä ja kriittinen virrantiheys, joiden ylitys normaalilämpötilan johtavuus palautuu.

Aineet jaetaan pääosin kahteen ryhmään. Type I - suprajohtavat aineet voivat menettää kokonaan suprajohtavuutensa korkeammissa magneettikentissä; näillä ei ole erillisiä havaitsemia magneettikentän vyöhykkeitä. Type II - aineet kestävät suurempia kenttiä ja muodostavat kvanttipiirien mukaista vuorovaikutusta, jolloin ylimääräinen magneettikenttä tunkeutuu pieninä säikeinä kutsuttuna vorteksina.

Mekanismit ja teoria: Konventionaalinen suprajohtuvuus selittyy BCS-teorialla, jossa elektroniparit (Cooper-parit) muodostuvat phononien välitteisestä vetovoimasta ja johtavat häiriöttömään virtaan. Korkean lämpötilan suprajohtavuus materiaalien, kuten kuprateiden ja rautapniklidien, mekanismit ovat monimutkaisempia ja vielä osittain kiistanalaisia, mikä tekee kokonaisesta selityksestä tutkimuksen kohteen.

Sovellukset kattavat esimerkiksi magneettikuvauslaitteet (MRI), maglev-raitiot, johtojen teollinen sähkönsiirto sekä kokeelliset laitteet, joissa tarvitaan vahvaa, pienpäästöistä virtaa. Viimeaikaiset tutkimukset hydrideista ovat saavuttaneet yli 200 kelvin lämpötiloja korkeissa paineissa, mikä osoittaa mahdollisuuksia käytännön sovelluksille, kunpa tekniset rajoitteet, kuten paineet ja materiaalivalmius, ylittyvät. Historiaan kuuluu Onnesin 1911 löytö sekä Bednorz–Müllerin 1986 korkean Tc - suprajohtavuuden löytö ja siitä seurannut Nobel-palkitseva kehitys.