supergeleider

Een supergeleider is een materiaal dat bij temperaturen beneden een kritische temperatuur Tc elektrische weerstand volledig verliest en een magnetisch veld uitdrijft (het Meissner-effect). Hierdoor kan een stroom zonder energieverlies blijven lopen binnen de spoel of een kring. Boven Tc verliest een supergeleider deze eigenschappen en gedraagt hij zich als een gewone geleider.

De ontdekking van supergeleiding vond plaats in 1911 door Heike Kamerlingh Onnes, toen hij kwik bij zeer lage temperaturen bijna helemaal van zijn weerstand afhield. Het Meissner-effect, waarbij magnetische velden uit een supergeleider worden verdreven, werd in 1933 beschreven door Meissner en Ochsenfeld. De microscopische verklaring voor veel supergeleiders werd in 1957 gegeven met de BCS-theorie (Cooperparen).

Er bestaan verschillende typen: Type I-supergeleiders vertonen een scherpe afschakeling van het veld en hebben één kritische veldsterkte; Type II kunnen grotere velden dragen door fluxvortexen, met twee kritieke veldsterktes Hc1 en Hc2. Belangrijke parameters zijn Tc, Hc (of de veldsterktes) en de kritische huidige dichtheid Jc. Type II-materialen worden doorgaans gekozen voor magnetische toepassing, omdat ze hogere velden kunnen weerstaan.

Toepassingen zijn onder meer medische beeldvorming met MRI-scanners, magnetische systemen in deeltjesfysica (zoals in de LHC), maglev-treinen en gevoelige magnetometers als SQUIDs. Ook wordt gewerkt aan opslag van energie met SMES-systemen en aan efficiënte cryogene bekabeling in gespecialiseerde installaties. De meeste toepassingen vereisen diepe cryogene temperaturen of hoge druk voor bepaalde materialen.

Uitdagingen blijven de noodzaak van koeltechniek en de kosten, evenals de zoektocht naar materialen met hogere Tc die bij minder extreme omstandigheden kunnen functioneren. Recente ontwikkelingen richten zich op keramische en pnictide-supergeleiders (hogetemperatuur-supergeleiders) en het begrijpen van de onderliggende mechanismen om toekomstige praktische roomtemperatuur-supergeleiders dichterbij te brengen.