suprajohtavuuteen

Suprajohtavuus on ilmiö, jossa tietyt materiaalit johtavat sähköä käytännöllisesti ilman vastusta ja hylkivät magneettikenttiä, kun ne jäähtyvät kriittisen lämpötilan alapuolelle. Tämä ominaisuus mahdollistaa energian tehokkaan siirron sekä vahvojen magneettikenttien hallinnan. Yksi keskeisistä piirteistä on Meissnerin ilmiö: magneettikenttä poistetaan materiaalin sisältä.

Teoreettisesti suprajohtuvuutta selittävät erityisesti BCS-teoria konventionaalisille suprajohtajille. Siinä elektroniparit eli Cooper-parit muodostuvat elektronien välisestä vuorovaikutuksesta fononien kautta, ja pari voi liikkua ilman sähkövastusta. BCS-teoria onnistuu kuvaamaan suurinta osaa alhaisen lämpötilan suprajohtajista, mutta korkean lämpötilan suprajohtavuuden mekanismit ovat monimutkaisempia ja osin kiistanalaisia.

Materiaaleja voidaan luokitella tyypin I ja tyypin II suprajohtajiin. Tyypin I materiaalit lopettavat suprajohtavuuden pienissä magneettikentissä; tyypin II materiaalit sietävät suurempia kenttiä ja ovat yleisiä käytännön sovelluksissa, koska ne muodostavat vorteksikenttiä ja kestävät suuria magneettikenttiä.

Historiallisesti suprajohtavuus löydettiin vuonna 1911, kun Onnes huomasi elohopean vastuksen laskevan kohti nollaa jäähtyessä. Seuraavat vuodet toivat kehityksen Meissnerin ilmiöön ja Josephsonin ilmiöön. BCS-teoria julkaistiin vuonna 1957, ja 1986 havaittiin korkean lämpötilan suprajohtavuutta kuparin ja oksidien yhdistelmistä. Viime vuosina on tutkittu aiemmin epäperinteisiä materiaaleja ja suuria paineita, mutta mekanismien täsmällinen ymmärtäminen etenee edelleen.

Sovelluksissa suprajohtavuutta hyödynnetään MRI-laitteissa, suurten magneettikenttien tuottamisessa kiihdyttimissä sekä maglev-junissa. Lisäksi se mahdollistaa tehokkaat sähköverkot, erittäin herkät mittauslaitteet kuten SQUID-sensorit ja erityiset kvanttitietokoneiden sovellukset.