superjohtava

Superjohtavuus on ilmiö, jossa osa materiaaleista johtaa sähköä käytännössä ilman vastusta alhaisissa lämpötiloissa. Samalla magneettikenttä torjutaan Meissnerin ilmiön kautta, mikä tarkoittaa, että materiaali pyrkii kumoamaan sisäisestä tilastaan magneettisen kentän. Näiden ominaisuuksien yhdistelmä mahdollistaa energian siirron häviöttömästi ja tarkkojen elektronisten laitteiden rakentamisen.

Ensimmäisen kerran superjohtavuus havaittiin vuonna 1911, kun Heike Kamerlingh Onnesin tutkimusryhmä jäähdytti kuparia noin 4 kelvinin lämpötilaan ja huomasi sähkönjohtavuuden katoavan. Ilmiöitä luokitellaan tyyppeihin I ja II: tyypin I materiaalit menettävät Meissner-efektin pienillä magneettikentillä, kun taas tyypin II materiaalit kestävät suurempia kenttiä ja muodostavat tilan, jossa magneettikenttä tunkeutuu käytännössä servauksittain.

BCS-teoria (1957), esitettyjen Bardeenin, Cooperin ja Schriefferin toimesta, selittää superjohtuvuuden mikroskoopillisesti: elektronit muodostavat Cooper-parin, jonka vuorovaikutus kristallin värähtelyjen (foni) kanssa tuottaa energiaminttiespurin, jonka vuoksi vastus häviää.

Korkean lämpötilan superjohtavuus (HTS) saavutettiin vuonna 1986 kuparipitoisissa cuprate-yhdisteissa, ja joillekin materiaaleille voidaan hyödyntää nestemäistä typpeä jäähdytykseen noin 77 kelvinin lämpötilaan. Tästä eteenpäin on löydetty korkeampia Tc-arvoja, mutta suurella osalla_HTS-yhdisteistä tarvitaan erityisiä olosuhteita.

Sovelluksia ovat muun muassa MRI- ja NMR -laitteet, maglev-junat, sähkönsiirtoverkot sekä kvanttilaitteet, kuten Josephson-junctionit. Nykytilanne osoittaa, että huoneenlämpötilassa toimivia superjohtajia ei ole todettu, mutta korkeapaineissa ja erityisissä yhdisteissä on saavutettu huomattavia Tc-lukemia, mikä pitää tutkimuksen aktiivisena.