1999/2000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SUPERPREVODNIKI

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pripravili:

(po abecednem redu)

Arnšek Gregor

Gams Matija

Palandaèiè Peter

KAJ SO SUPERPREVODNIKI?

Superprevodniki so materiali, ki imajo sposobnost prevajanja toka pri nizkih temperaturah brez električnega upora, saj se energija ne troši za segrevanje vodnika.

KATERI MATERIALI SO SUPERPREVODNI?

V zadnjih nekaj desetletjih so odkrili tisoče materialov s to lastnostjo. Nekateri so preprosti materiali kot sta kositer in svinec, drugi pa so bolj eksotični večplastni keramični materiali. Vsi se obnašajo kot običajni prevodniki dokler jih ne ohladimo na »kritično temperaturo«. Pri navadnem svincu je to pri le sedmih stopinjah nad absolutno ničlo. Pri kateri temperaturi pa materiali postanejo superprevodni? Do leta 1986 je bila najvišja temperatura, pri kateri je bila dosežena superprevodnost 23 stopinj nad absolutno ničlo. Večina od več kot 6000 znanih superprevodnikov pa doseže superprevodnost šele krepko pod to temperaturo. Vendar pa so leta 1986 odkrili novo skupino superprevodnih materialov in v letih, ki so sledila so odkrili kar nekaj materialov s kritično temperaturo nad 77 K. Ta temperatura (77 K ) pa je tako pomembna zato, ker jo to temperatura vrelišča tekočega dušika, ki je poceni in lahko dosegljivo sredstvo za hlajenje. Pred odkritjem »visoko temperaturnih« superprevodnikov so za hlajenje uporabljali izključno tekoči helij, ki je bistveno dražji od tekočega dušika.

 

KDAJ SO ODKRILI SUPERPREVODNIKE?

Zgodovina Superprevodikov

 

Velik napredek na področju nizko-temperaturnih hladilnikov je bil storjen proti koncu 19. stoletja. Superprevodnost je prvi odkril Nizozemski fizik Heike Kammerling Onnes leta 1911. Onnes je posvetil svojo kariero raziskovanju izredno hladnih hladilnikov. 10 julija 1908 je uspešno utekočinil helij, tako da ga je ohladil na 4,2K. Onnes je tistega dne proizvedel le nekaj mililitrov tekočega helija, toda ta dogodek je pomenil preobrat v njegovih raziskovanjih temperaturnih razsežnosti, ki so bile prej nedosegljive. Tekoči helij mu je omogočil da je ostale materiale ohladil skoraj na absolutno ničlo- 0 Kelvina (-273 stopinj Celzija). Absolutna ničla je namreč temperatura pri kateri energija materiala postane najmanjša možna.

Leta 1911 je Onnes začel raziskovati električne lastnosti kovin pri ekstremno nizkih temperaturah. Znano je bilo da električna upornost kovin pade če jih ohlajamo. Toda kakšno skrajno vrednost bi zavzela upornost kovin, če bila temperatura zelo blizu absolutne ničle? Nekateri znanstveniki, kot na primer William Kelvin, so domnevali, da bi se elektroni plavajoči skozi prevodnik, če bi se temperatura približala absolutni ničli, popolnoma ustavili. Drugi znanstveniki , vključno z Onnes-om, pa so mislili da bi se upornost hladne žice porabila ( mogoče tudi oddala v obliki energije, toplote). To bi pomenilo, da bi se ob enakomernem , počasnem zniževanju električne upornosti kovine v bistvu povečala prevodnost elektrike. Znanstveniki so domnevali, da se ob neki dovolj nizki temperaturi upornost ne bi več majšala, temveč imela konstantno vrednost. Onnes je poslal tok skozi žico iz živega srebra in ob nižanju temperature meril njeno upornost. Pri 4.2 K je upornost enostavno izginila. Tok je tekel skozi žico iz živega srebra in nič ga ni ustavljalo, odpornost kovine je bila 0. Graf 1 kaže razmerje med upornostjo in temperaturo v žici iz živega srebra, kot jo je izmeril Onnes.

"Živo srebro je prešlo v novo stanje, ki ga zaradi njegovih izjemnih električnih lastnosti lahko imenujemo superprevodno stanje.", je delal Onnes. Eksperiment ni pustil nobenih dvomov o izginotju upornosti živega srebra na električni tok. Kamerling Onnes je to novo odkrito stanje poimenoval SUPERPREVODNOST.

Onnes je razumel pomembnost odkritja za znanost prav tako pa je sprevidel komercialni potencial. Elektronski prevodnik brez upornosti bi lahko prevajal tok na katerokoli razdaljo brez izgub. V enem od svojih eksperimentov je Onnes pognal električni tok skozi svinčeno žico ohlajeno na 4 K. Leto pozneje je tok še vedno tekel brez večjih izgub. Onnes je ugotovil da superprevodnik omogoča pojav, ki ga je on poimenoval vztrajen tok, to je tok, kiteče, brez da bi ga poganjal. Onnes je odkril superprevodnost in je bil za svoje odkritje leta 1913 nagrajen z Nobelovo nagrado.

Kadarkoli pride do novega znanstvenega odkritja si znanstveniki prizadevajo da pojav teoretično razložijo. Do leta 1933 sta Walther Meissner in R.Ochsenfeld odkrila, da imajo superprevodniki poleg tega, da so popolni prevodniki električnega toka, še eno zanimivo lastnost, zmožni so namreč izriniti magnetno polje. Superprevodnik ne bo dopustil, da bi magnetno polje prodrlo v njegovo notranjost. Tokovi ki tečejo znotraj superprevodnika namreč tvorijo svoje magnetno polje znotraj njega. To polje ravno uravna magnetno polje, ki bi drugače prodrlo v notranjost materiala.

Ta učinek, imenovan Meissnerjev učinek, povzroči pojav, ki je zelo priljubljen kot demonstracija superprevodnikov. Slika številka 2 je podoba silnic magnetnega polja iz magneta, ki lebdi nad superprevodnikom. Meissnerjev učinek se bo pojavil le, če je magnetno polje dovolj majhno. pri prevelikem magnetnem polju prodre v notranjost materiala in le ta izgubi superprevodnost.

Leta 1957 so trije ameriški fiziki iz univerze v Illinois-u , J.Bardeen,L.Cooper in R.Schrieffer razvili model, ki od takrat velja za dober prikaz zakaj se superprevodniki obnašajo tako kot se. Leta 1972 so Bardeen, Cooper in Schrieffer prejeli Nobelovo nagrado za fiziko in sicer za njihovo teorijo o superprevodnosti , ki je danes znana kot BCS teorija, po inicialkah njihovih priimkov.

Leta 1986 sta G.Bednorz in A.Muller zaposlena pri IBM v Zurichu v Švici eksperimentirala s kovinskimi keramičnimi oksidi. Berdorz in Muller sta raziskala stotine različnih oksidovih spojin. Ko sta delala z barijem, bakrom in kisikom sta pri 35K našla indikacije superproduktivnosti. To je bilo kar 12K nad starim rekordom superprevodnosti. Kmalu so znanstveniki iz vsega sveta raziskovali nove tipe superprevodnikov. Februarja 1987 je prišlo do odkritja keramičnega materiala, ki doseže superprevodnost že pri 90K. To odkritje je bilo izjemnega pomena kajti od tedaj lahko za hlajenje uporabljamo tekoči dušik. Ker imajo ti materiali superprevodne lastnosti pri znatno višjih temperaturah se imenujejo visoko temepraturni superprevodniki. Od takrat naprej so znanstveniki eksperimentirali z različnimi oblikami perovskita in odkrili spojine ki imajo superprevodne lastnosti pri temperaturah nad 130K. Trenutno mnogo vlad in univerz po vsem svetu vlaga velikanske vsote denarja v raziskave visoko temperaturnih superprevodnikov. Enostavnost hlajenja novih superprevodnikov je zelo vplivala na prizadevanja za razvoj novih materialov, proizvodnjo materialov in na spreminjanje teorij o vedenju superprevodnikov pri relativno visokih temperaturah. Poleg tega pričakujemo da bodo aplikacije z električno energijo ob novih odkritjih in povečani zanesljivosti strojev ter zmanjšanju stroškov povezanih s hlajenjem takšnih naprav pri temperaturi nad 20K. Zgodovina superprevodnikov se zdaj šele začenja.

 

 

KAKO OHLAJAMO SUPERPREVODNIKE?

Visokotemperaturne superprevodnike ohlajamo do kritične temperature s tem, da se jih potapljamo v tekoči dušik, ki ga je zelo lahko dobiti, saj se rutinsko uporablja v medicini, prehrambeni in drugih industrijah. Velikokrat pa uporabljamo tudi mehanske hladilnike. Nizkotemperaturni hladilniki so komercialno dosegljivi, proizvaja jih več proizvodnikov, take hladilnike veliko uporabljajo tudi v vesoljski industriji. Glede na zahteve pa so taki hladilniki veliki kot sobna klima naprava, majhni pa celo kot pločevnika pijače. Delujejo lahko več let brez mehanskih okvar.

ALI JE UPORNOST RES NIÈ?

Dejansko ni prav nobenega upora enosmernega toka superprevodnika. Če torej induciramo el. tok v superprevodnem prstanu, bo večno tekel.

KAJ ŠE ZMOREJO SUPERPREVODNIKI?

Razen tega, da so popolni prevodniki, so tudi popolni diamagneti. To pomeni, da znotraj njih ni magnetnega polja. Ta lastnost je uporabna, ko rabimo zaščito pred magnetnimi polji pri natančnih merjenjih. To je tudi pomembno pri snovanju superprevodnih tokokrogov. Poleg tega imajo superprevodniki tudi unikatne kvantno-mehanske lastnosti, poznane kot kvantizacija toka in Josephsonov efekt.

 

ZAKAJ SO SUPERPREVODNIKI SUPERPREVODNI?

OSNOVE SUPERPREVODNOSTI

Težko bi bilo razložiti kvantno mehaniko superprevodnikov, vendar pa bomo poskusili razjasniti vsaj nekaj osnovnih izrazov in pojavov.

Superprevodniki imajo sposobnost prevajanja električnega toka brez izgub energije, Ko teče tok po navadnem prevodniku, kot npr. po bakreni žici, se nekaj energije izgubi. V žarnici ali pa električnem grelcu zaradi upornosti dobimo svetlobo in toploto. V kovinah kot sta baker in aluminij elektriko prevajajo elektroni višjih energijskih nivojev, ki se prosto premikajo od atoma do atoma. Ti atomi pa sestavljajo nihajočo mrežo v kovinskem prevodniku, in toplejša ko je kovina, bolj vibrirajo atomi. Ko se elektroni gibajo skozi mrežo, se zaletavajo v majhne nečistoče in nepopolnosti mreže. Ko elektroni trčijo v tako oviro, se odbijejo v vseh smereh in zgubljajo energijo v obliki toplote.

V superprevodniku pa je obnašanje elektronov popolnoma drugačno. Nečistoče in mreža atomov sta še prisotna , toda gibanje superprevodnih elektronov skozi ovire je drugačno. Elektroni se skozi superprevodnik, se gibajo neovirano po mreži. Ker se v nič ne zaletijo in ni nobenega trenja, lahko prevajajo elektriko brez zmanjšanja toka in brez izgub energije.

 

Ta sposobnost neoviranega gibanja je mnogo let mučila znanstvenike. Toplejša, ko je snov, bolj vibrirajo atomi. Obratno, bolj ko je hladna, manj vibrira. Začetna raziskovanja so temeljila na tem, da bi manjše vibracije dovolile, da bi se elektroni gibali manj ovirano. To je povezano tudi s padcem upornost s temperaturo, toda zelo kmalu je postalo očitno, da tako preproste ideje ne morejo razložiti pojava superprevodnosti. Superprevodnosti je veliko bolj zapletena kot to.

 

Razumevanje superprevodnosti je bilo izboljšano leta 1957, ko so trije Ameriški fiziki – John Bardeen, Leon Cooper in John Schieffer objavili njihovo teorijo superprevodnosti, znano tudi kot BCS teorijo. BCS teorija razloži superprevodnost pri temperaturah blizu absolutne ničle. Cooper je opazil, da so vibracije v mreži razlog za poenotenje celotnega toka. Prisilijo, da se elektroni združijo v elektronske pare, ki bi lahko obidejo vse ovire v prevodniku, ki povzročajo upornost. Ti pari elektronov so znani kot Cooperjevi pari. Cooper in njegovi kolegi so vedeli, da se elektroni, ki se običajno odbijajo, v superprevodnikih privlačijo

 

 

Ko gre en elektron mimo pozitivno nabitih ionov v mreži atomov superprevodnika, te privlači in za sabo pušča rahlo pozitivno nabito sled. Slika 4 prikazuje val motnje v mreži zaradi privlaka gibajočega elektrona, Preden mreža skoči v prvotno obliko, nastane privlak med pozitivno sledjo in drugim elektronom.

 

S tem, da se elektroni združujejo v pare, grejo skozi superprevodnik veliko lažje. Elektron si lahko predstavljamo kot avto, ki drvi po cesti. Ko drvi po cesti, odriva zrak pred sabo. Za avtom sledi vakuum, ki ga okoliški zrak hitro zapolni. Avto, ki bi sledil, bi ga potegnilo naprej z zrakom, ki hoče zapolnit ta vakum. Zadnji in sprednji avto se torej privlačita. Ko negativno nabit elektron drvi po kristalni mreži materiala, ga privlačijo obkoljajoča pozitivna jedra atomov k sebi. Ko se upognjena mreža vrača v normalno stanje, bo drug elektron v bližini čutil privlak pozitivne mreže na podoben način, kot bo zadnji avto čutil privlak prednjega.

 

 

 

 

Ko superprevodnik segrevamo, pa vibracije v mreži atomov postanejo prevelike in pari razpadejo. Ko pari razpadejo superprevodnik izgubi superprevodnost. Superprevodne kovine in spojine imajo karakteristično temperaturo, pri kateri izgubijo superprevodnost in postanejo navadni prevodniki. Tej temperaturi pravimo kritična temperatura. Pod to temperaturo je upornost natančno noč. Superprevodniki iz različnih materialov imajo različne kritične temperature. Med keramičnimi superprevodniki ima YBa2Cu3O7 krit. T pri 90 K, HgBa2Ca2Cu3O8 pa kar 133 K. Slika 6 ponazarja graf upornosti v odvosnosti od temperature za YBa2Cu3O7.

Ker ni izgub električne energije lahko skozi relativno tanke superprevodne žice poganjamo relativno velike tokove. Toda obstaja omejitev. Obstaja nek maksimalen tok, ki ga žica lahko superprevodno prevaja . Če bi tok povečali nad to vrednost, bi žica izgubila superprevodnost in postala navaden upornik . V splošnem pa govorimo, da obstaja neka kritična gostota toka, nad katero superprevodniki postanjejo navadni prevodniki, ta gostota pa je tudi funkcija temperature. Bolj hladen ko je superprevodnik, večjo gostoto toka lahko superprevodno prevaja.

V praktrični uporabi je ta gostota cca. 1000 A / mm2.

Električni tok v žici ustvarja magnetno polje okoli žice. Večji tok, ko teče po žici, večje je jakost magnetnega polja okoli te žice. Ker pa so superprevodniki sposobni prevajati velikanske tokove brez izgube energije, so zelo primerni kot močni elektromagneti.

Ko superprevodnik ohladimo pod kroitično temperaturo, in okoli njega ustvarimo zunanje magnetno polje, bo magnetno polje le okoli superprevodnika (v sam superprevodnik torej ne prodre). Če pa zunanje magnetno polje preveč povečamo, bo superprevodnik izgubil superprevodne lastnosti.

Maksimalna jakost magnetnega polja pri dani tempraturi je znana kot kritična magnetna jakost. Za vse superprevodnike obstaja območje z določenimi temperaturami in magnetnimi polji, znotraj katerih je material superprevodnik. Izven tega območja pa je material samo navaden prevodnik. Slika 8 prikazuje razmerje med kritično temperaturo in magnetnim poljem.

Slika 9 pa prikazuje, kaj se zgodi, ko damo superprevodnik v magnetno polje. Ko temperaturo spustimo pod kritično temperaturo, bo superprevodnik izrinil magnetno polje iz svoje notranojosti. To mu uspe s površinskimi tokovi, ki ustvarjajo znotraj superprevodnika natančno nasprotno mag. polje kot je zunanje, ter tako ustvari neke vrste magnetno zrcalo. Takrat postane superprevodnik popoln diamagnet. Ta popolna diamagnetnost je najbolj značilna makroskopska lastnost superprevodnikov – pravimo ji tudi Meissnerjev efekt.Preprosto ga lahko pokažemo, ko zmanjšamo temperaturo superprevodnika pod kritično in nad superprevodnik postavimo magnet. Ta magnet bo lebdel nad superprevodnikom. V večini primerov bo sicer začetno magnetno polje magneta tako močno, da bo prodrlo v material in superprevodnik bo izgubil superprevodne lastnosti. Magnet se zato ne bo dvignil tako zelo visoko, kot ko bomo imeli zopet superprevodne lastnosti.

Obstajata dva tipa superprevodnikov, tip I in II. Zelo čisti vzorci svinca, živega srebra in kositra so primeri tipa I. Visokotemperaturni superprevodniki kot Yba2Cu3O7 (YBCO) in Bi2CaSr2Cu2O9 pa so primeri tipa II. Slika 10 je graf induciranega magnetnega polja na superprevodniku tipa I proti zunanjemu polju. Vidimo, da ko zunanje magnetno polje (vodoravna os) povečujemo, superp. tipa I točno izniči zun. mag. polje, dokler se nenadno ne vrne iz superprevodnega stanja v normalno. Superprevodniki tipa I imajo ponavadi prenizka kritična polja, zato se ne uporabljajo za superprevodne magnete. Magnetno polje merimo tudi v Gaussih ( 1*10E-4 T). Zemeljsko magnetno polje ima jakost cca. 0.5 Gauss. Poljska jakost na površini neodim-Fe-Bo magneta je cca. 16000 Gaussa. Najmočnejši superprevodnik tipa I iz čistega svinca ima kritično poljsko jakost pri 800 Gauss. Slika 11 prikazuje graf induciranega magnetnega polja na tipu II proti zunanjem mag. polju. Vidimo, oznaki Hc1 in Hc2. Pod zunanjo poljsko jakostjo Hc1 je naš prevodnik superprevodnik, med Hc2 in Hc2 pa je stopnja, ko zunanje mag. polje počasi prodira v superprevodnik. Imamo neke vrste mešano stanje, ko je del preovdnika supreprevoden, del pa la navaden prevodnik. Tip I ima prenizko vrednost Hc, tip II pa ima zelo velike vrednosti Hc2. YCBO superprevodniki imajo zgornje kritične poljske jakosti pri 100 T.

Superprevodnost torej določajo trije zelo pomembni faktorji: kritična temperatura, kritična jakost polja in kritična gostota toka. Vsak izmed parametrov je zelo odvisen od ostalih dveh. Če želimo superprevodne lastnosti, moramo vzdrževati vse te tri količine pod njihovimi kritičnimi vrednostmi, te pa so vse odvisne od materiala iz katerega je superprevodnik. Fazni diagram na sliki 12 prikazuje razmerja med kritičnimi vrednostmi. Največje vrednosti za mag. polje in gost. toka so pri 0 K. Najvišja kritična temperatura pa je ko sta polje in tok 0. Če upoštevamo vse tri parametre, predstavlja črta kritično območje, od katerega se pomikamo proti središču in smo v superprevodnem območju, izven tega območja pa je material v normalnem ali mešanem stanju.

 

 

Do sedaj smo se koncentrirali na makroskopske lastnosti superprevodnikov, kot Meissnerjev efekt pri upornosti. Sedaj pa se bomo poglobili na kvantno mehanske ali mikroskopske lastnosti. Primer mikroskopskih lahkotnosti je pojav »TUNNELING«, ki izvira iz dvojne narave elektrona. Pojavi se kot prehod elektronov skozi prostor, ki ga klasična fizika prepoveduje. »Tunneling« para elektronov med superprevodnikoma, ki ju je ločevala izolativna ovira je prvi odkril leta 1962 Brian Josephson. Odkril je da, če damo med dva superprevodnika zelo tanek izolator (10-20 angstromov debelo oksidno plast ), lahko elektronski pari prehajajo čez to oviro brez upora. To je poznano kot Josephsonov efekt, in je obraten tistemu, ki se pojavlja pri navadnih materialih, kjer mora obstajati razlika v potencialih, če želimo da tok steče. Če pa damo tak stik (Josephsonov stik) v magnetno polje, ta zniža kritični tok le-tega. To lahko uporabimo kot superhitro stikalo. Taka stikala lahko zelo hitro spreminjajo napetosti, cca. desetkrat hitreje kot navadna polprevodniška vezja. Ker pa je hitrost računalnikov odvisna točno od tega časa, lahko te neverjetne napravice uporabimo za superhitre in mnogo manjše računalnike.

 

 

 

KAKO DELAJO SUPERPREVODNIKE?

Superprevodnike delajo s tehnologijo tankega filmskega nanosa in inste fotolitografske tehnike, kot jo uporabljamo v polprevodniški industriji. Superprevodni filmi in filmi drugih uporabljenih materialov so narejeni z vakuumsko tehniko, laserskim nanosom in izhlapevanjem. Te tehnike so večinoma razvili v drugih tehnologijah.

UPORABA SUPERPREVODNIKOV

Kmalu potem, ko je Kamerlingh Onnes odkril superprevodnost, so znanstveniki začeli razmišljati o praktični uporabi tega novega fenomena. Močni novi superprevodni magneti bi lahko bili veliko manjši od že obstoječih, saj bi se močan tok prenašal brez energijskih izgub. Generatorji s superprevodniki bi lahko proizvajali enako količino energije z manj opreme in manj energije. Ko imamo elektriko proizvedeno, jo lahko distribuiramo s pomočjo superprevodnih žic. Energijo lahko v superprevodnih zankah tudi shranimo, in sicer za daljše obdobje, ker pri tem ni omembe vrednih izgub energije.

Najnovejša odkritja o visokotemperaturnih superprevodnikih nas pripeljejo velik korak bližje k sanjam prvih znanstvenikov. Današnji načini uporabe temeljijo večinoma na že preizkušeni tehnologiji z nizkotemperaturnimi superprevodniki.

Trenutno se visokotemperaturni superprevodniki uporabljajo kot: medicinski prikazovalniki, infrardeči senzorji, analogni signalni procesorji, naprave, ki delujejo s pomočjo mikrovalov… S tem ko raste naše znanje o superprevodnikih, so nam tudi novi načini uporabe superprevodnikov, kot npr.: prenos energije na daljavo, superprevodni magneti in generatorji, shranjevalniki energije, pospeševalci delcev, lebdeča vozila na zračni blazini, delovni stroji itd., vedno bolj dostopni.

Sposobnost superprevodnikov, da prevajajo energijo skoraj brez upora, lahko koristno uporabimo za električno napeljavo, daljnovode. Sedaj se ogromna količina energije izgubi v obliki toplote zaradi velikih uporov tradicionalnih prevodnikov kot sta aluminij in baker. Velik tehnološki preskok bo mogoč, ko bomo lahko žice naredili iz tankih vlaken keramike, ki bo ohranila superprevodnost) tudi pri 77 K.

Velika pričakovanja glede superprevodnikov ostajajo tudi na področju elektronike. Zmanjševanje velikosti komponent in povečevanje hitrosti računalnikov sta omejena zaradi generiranja toplote in časa polnjenja hranilcev energije, ki sta odvisna od upornosti običajnih prevodnikov. Uporaba novih superprevodnikov lahko vodi do manjših čipov, ki bi lahko dosti hitreje prenašali velike količine informacij. Superprevodna elektronika je dosegla presenetljive rezultate na področju digitalne elektronike. Logični zamiki 13 pikosekund in preklopni čas 9 pikosekund so bili že eksperimentalno demonstrirani. Z uporabo osnovnih Josephsonovih križišč so znanstveniki sposobni narediti zelo občutljive mikrovalovne detektorje, magnetometre in izredno močne napetostne izvore.

Prototipi lebdečih vlakov so že bili skonstruirani in preizkušeni z uporabo superprevodnih magnetov.

Superprevodni magneti že igrajo odločilno vlogo pri nekaterih tehnologijah. Magnetno resonančni prikazovalnik (MPR) igra vedno večjo vlogo pri diagnostiki v medicini. Zelo močna magnetna polja, ki so potrebna za delovanje tega inštrumenta, predstavljajo popoln primer uporabe superprevodnikov. Podobno je s pospeševalci delcev, ki se uporabljajo v visokoenergijski fiziki, saj so le-ti močno odvisni od superprevodnih magnetov.

Novi načini uporabe superprevodnikov se bodo pojavili z višanjem kritične temperature, pri kateri bodo le-ti delovali. Superprevodniki, ki bazirajo na tekočem dušiku, so industriji omogočili večjo fleksibilnost pri njihovi uporabi oz. več novih načinov uporabe kot pa superprevodniki, ki jih ohlajamo s tekočim helijem. Odkritje superprevodnikov, ki bi delovali pri sobni temperaturi, pa bi omogočilo prihod aparatov s superprevodno tehnologijo v naše vsakdanje življenje.

Visokotemperaturni superprevodniki so najnovejše odkritje znanstvenih raziskovalnih laboratorijev. Novi komercialni izumi temeljijo ravno na obstoječi tehnologiji z znanstvenim raziskovanjem. Superprevodnost ima že dolgo zgodovino kot specializirana veja fizike. Kljub skupnim naporom vladnih raziskovalnih skupin, neodvisnih raziskovalnih skupin in komercialne industrije, je praktična uporaba superprevodnikov pomaknjena v prihodnost. Razmiki med odkritjem in praktično uporabo so pogosto zelo veliki. Laser, ki so ga odkrili že v zgodnjih 60-tih letih, se uporablja šele nedolgo v laserski kirurgiji, lasersko-optični komunikaciji in kompaktnih predvajalnikih… Kljub temu da je napredek in razvoj na področju superprevodnosti velik, prepuščamo mnenje o tem, kdaj bodo superprevodniki tudi dejansko vstopili v naše življenje, bralčevi domišljiji.

 

 

 

 

 

 

ALI BOMO IMELI KDAJ SUPERPREVIDNIKE PRI SOBNI TEMPERATURI?

Tega zaenkrat še nihče ne ve, toda nikjer ni zakona proti njim. Vsake toliko časa se sliši o takih odkritjih, toda doslej še nobeno ni bilo avtentično. Če pa bodo taki superprevodniki zares odkriti bo naslednje vprašanje ali se bo dalo tak material uporabljati za koristne stvari. Večine superprevodnikov se namreč ne da, tiste ki pa se, so bili zelo zahtevni za razviti.

PREDSTAVITEV POSKUSA

Meissnerjev efekt

Lebdenje magneta nad ohlajenim superprevodnikom (Meissnerjev efekt) je znan že kar nekaj časa. Če je superprevodnik v magnetnem polju ohlajen pod kritično temperaturo, ga polje le obdaja, ne prodre pa v njegovo notranjost. Superprevodnik povzroči nasprotno magnetno silo kar omogoči lebdenje magneta nad superprevodnikom. Opomba: magnetno polje ne sme preseči kritične vrednosti.

Material:

Postopek:

  1. pazljivo vlij tekoči dušik v posodo
  2. počakaj, da vrenje preneha
  3. postavi magnet na »aparaturo« preden se superprevodnik ohladi pod kritično temperaturo
  4. magnet bo zalebdel ko bo le-ta dosežena