Supraledande

Supraledande, eller supraledning, är en fas hos vissa material där elektrisk resistans försvinner vid temperaturer under ett kritiskt temperaturvärde (Tc) och där magnetfältet utstötas ur materialet genom Meissner-effekten. Denna kombination av fri elektrisk ström och magnetostyrning gör supraledande material särskilt användbara i starka magnetfält och lågförlustertransport av elektricitet.

Historia och grundläggande teori

Upptäckten gjordes 1911 av Heike Kamerlingh Onnes som observerade att kvicksilver närmade sig absolut noll började leda ström utan synlig resistans. Den teoretiska förklaringen kom senare med BCS-teorin (1957), där elektroner parar sig till så kallade Cooper-par genom phonon-medierad attraktivitet och bildar ett kvantmekaniskt condensat sommotstår elektrisk resistans. Klassificeringen inkluderar konventionella supraledare (enligt BCS) och okonventionella eller högtemperatur-supraledare som inte helt följer BCS-ramverket. Man talar också om typ I-supraledare, som helt utstöt magnetfältet vid låga fält, och typ II-supraledare, som tillåter ett blandat tillstånd med vortbildning vid högre fält och är vanliga i praktiska tillämpningar.

Material, temperaturer och fält

Konventionella supraledare uppnår supraledning vid mycket låga temperaturer (ofta ned till några kelvin). Högtemperaturs-supraledare (HTS), ofta baserade på kopparoxid, uppvisar kritiska temperaturer över 77 K och kan drivas med flytande kväve som kylmedel. Väldigt starka magnetfält och hög strömstyrka kräver material med goda mekaniska egenskaper och effektiva pinning-fenbergningar.

Användningar och utmaningar

Supraledande magnetiska system används i MR- och NMR-scanner, partikelacceleratorer, och för kraft- eller likströmskabelvägar som minskar energiförluster. De är centrala i magnet-konfigurationer för forskning och industri. En pågående utmaning är att hitta material som kombinerar hög Tc, enkel bearbetning och stabila egenskaper under vardagliga driftsförhållanden, inklusive rumstemperatur-supraledning som ännu inte är väletablerad.

Se även

Supraledning, Meissner-effekten, BCS-teori, typ I- och typ II-supraledare.