Supraleitung
ist eine Eigenschaft, die bestimmte Materialien bei sehr niedrigen Temperaturen zeigen.
Materialien mit dieser Eigenschaft sind Metalle und deren Legierungen
(Zinn, Aluminium und andere), einige Halbleiter und bestimmte Keramiken
bekannt als Cuprate, die Kupfer- und Sauerstoffatome enthalten. EIN
Supraleiter leitet Strom ohne Widerstand, eine einzigartige
Eigentum. Es weist auch Magnetfelder perfekt in einem Phänomen ab
bekannt als Meissner-Effekt, der jedes innere Magnetfeld verliert
hätte haben können, bevor sie auf eine kritische Temperatur abgekühlt wurde. Weil
von diesem Effekt können einige dazu gebracht werden, endlos über einem starken . zu schweben
Magnetfeld.
Für
bei den meisten supraleitenden Materialien liegt die kritische Temperatur unter etwa
30 K (ca. -406 °F oder -243 °C). Einige Materialien, genannt
Hochtemperatur-Supraleiter, machen den Phasenübergang dazu
Zustand bei viel höheren kritischen Temperaturen, typischerweise höher als 70 K
(ca. -334°F oder -203°C) und manchmal bis zu 138 K
(ungefähr -211 °F oder -135°C). Diese Materialien sind fast
immer Cuprat-Perowskit-Keramik. Sie zeigen etwas anders an
Eigenschaften als andere Supraleiter, und die Art und Weise, wie sie übergehen
noch nicht ganz erklärt. Manchmal werden sie Typ II genannt
Supraleiter, um sie vom konventionelleren Typ zu unterscheiden
I.
Das
Theorie der konventionellen Tieftemperatur-Supraleiter ist jedoch
gut verstanden. In einem Leiter fließen Elektronen durch ein ionisches
Gitter von Atomen, die einen Teil ihrer Energie in das Gitter abgeben und
Aufheizen des Materials. Dieser Fluss wird Elektrizität genannt. Weil das
Elektronen stoßen ständig gegen das Gitter, einige ihrer
Energie geht verloren und der elektrische Strom nimmt an Intensität ab, da er
fährt durch den Dirigenten. Das ist mit elektrisch gemeint
Widerstand in der Leitung.
In
ein Supraleiter, die fließenden Elektronen binden sich in
als Cooper-Paare bezeichnete Anordnungen, die einen erheblichen Ruck erhalten müssen
Energie auseinander zu brechen. Elektronen in Cooper-Paaren zeigen
suprafluidische Eigenschaften, endlos fließend ohne Widerstand. Die
extreme Kälte bedeutet, dass die Atome ihrer Mitglieder nicht intensiv schwingen
genug, um die Cooper-Paare auseinander zu brechen. Folglich bleiben die Paare
auf unbestimmte Zeit miteinander verbunden, solange die Temperatur darunter bleibt
der kritische Wert.
Elektronen
bei Cooper ziehen sich Paare durch den Austausch von Phononen an,
quantisierte Schwingungseinheiten innerhalb des schwingenden Gitters der
Material. Elektronen können sich nicht direkt so miteinander verbinden, dass
Nukleonen tun dies, weil sie die sogenannte
starke Kraft, der „Klebstoff“, der Protonen hält und
Neutronen im Kern zusammen. Außerdem sind Elektronen alle
negativ geladen und stoßen sich folglich gegenseitig ab, wenn sie zu stark werden
nah zusammen. Jedes Elektron erhöht leicht die Ladung des
Atomgitter, das es umgibt, jedoch einen Bereich von net . erzeugt
positive Ladung, die wiederum andere Elektronen anzieht. Die Dynamik von
Cooper-Paarung in konventionellen Supraleitern wurde beschrieben
mathematisch durch die BCS-Theorie der Supraleitung, entwickelt 1957
von John Bardeen, Leon Cooper und Robert Schrieffer.
As
Wissenschaftler entdecken immer wieder neue Materialien, die bei höheren Supraleitungen
Temperaturen nähern sie sich der Entdeckung eines Materials, das
Integration in unsere Stromnetze und elektronischen Designs, ohne dass dies verursacht wird
riesige Kühlrechnungen. Ein wichtiger Fortschritt wurde 1986 gemacht, als
JG Bednorz und KA Müller entdeckten die Mitarbeiter bei
höhere Temperaturen, wobei die kritische Temperatur so weit angehoben wird, dass die
notwendige Kälte könnte mit flüssigem Stickstoff statt
mit teurem flüssigem Helium. Wenn Forscher zusätzliches entdecken könnten
Materialien, die auf diese Weise verwendet werden könnten, würde es vielleicht zu
wirtschaftlich machbar, elektrische Leistung sehr lange zu übertragen
Distanzen ohne Leistungsverlust. Eine Vielzahl anderer Anwendungen auch
gibt es in Teilchenbeschleunigern, Motoren, Transformatoren, Stromspeichern,
Magnetfilter, fMRT-Scan und Magnetschwebetechnik