suprajohtavia

Suprajohtavuus on ilmiö, jossa tietyt materiaalit muuttuvat sähköjohtaviksi resistanssin pudotessa nollaan kriittisen lämpötilan alapuolella. Samalla ne hylkivät magneettikenttiä Meissner-ilmiön seurauksena, mikä estää magneettikentän pääsyn niiden sisäpuolelle. Näin suprajohtavat aineet voivat johtaa sähköä käytännössä energiahukkaa menettämättä.

Keskeisiä ominaisuuksia ovat Tc, kriittinen lämpötila; Hc1 ja Hc2, kriittiset magneettikentät; sekä Jc, kriittinen virrantiheys. Materiaalit jaetaan tyypin I ja tyypin II suprajohtajiin. Tyypin I -materiaaleilla on yksinkertainen Meissner-ilmiö ja pienet kriittiset kentät; tyypin II -materiaaleissa magneettivuotoja sallitaan ja ne kestävät suurempia kenttiä, mikä tekee niistä käytännöllisempiä suurissa sovelluksissa.

Mekanismien osalta konventionaaliset suprajohtajat selitetään BCS-teorialla, jossa elektroniparit (Cooper-parit) muodostuvat phononivälitteisen vuorovaikutuksen kautta ja tiivistyvät makroskooppisesti. Korkean Tc:n suprajohtajat, kuten cupraatit ja rikkioksidit, eivät täysin noudata BCS-teoriaa, ja niiden mekanismeja ovat tutkimuksen kohteena.

Sovelluksia ovat MRI-laitteet, suurten hiukkasfysiikan kokeiden magnetit, maglev-junat sekä energian siirtojohtimet ja sähköverkon virranhallinta. Suprajohtavuuden ansiosta järjestelmät voivat toimia pienemmällä energiakulutuksella ja suuremmilla virrantiheysalueilla.

Historia: Ensimmäinen havainto tehtiin vuonna 1911, kun Heike Kamerlingh Onnes osoitti elohopean siirtyneen suprajohtavuuteen alhaisissa lämpötiloissa. BCS-teoria julkaistiin 1957 (Bardeen, Cooper ja Schrieffer). Korkean Tc:n suprajohtajat löydettiin vuonna 1986 (Bednorz ja Müller), mikä laajensi tutkimusta suoraan.