Szupravezetés

A Wikipédiából, a szabad lexikonból.

Egy mágnes lebeg egy folyékony nitrogénnel hűtött magashőmérsékletű szuprevezető felett (kb. -200°C-on).

A szupravezetők olyan anyagok, amelyek egy bizonyos hőmérséklet alatt ugrásszerűen elveszítik elektromos ellenállásukat, és a mágneses teret képesek magukból kirekeszteni egy bizonyos térerősségig.

Tartalomjegyzék

1 Története
2 A szupravezetés műszaki alkalmazásai
3 Külső hivatkozások
- 3.1 Magyar nyelvűek
- 3.2 Más nyelven

[szerkesztés] Története

Mielőtt abszolút nulla fok közeli kísérleteket folytattak volna, különböző elméletek voltak azzal kapcsolatban, hogy hogyan viselkedik annak közelében az elektromos ellenállás, például, hogy erősen emelkedik, vagy hogy egy bizonyos szintet soha nem lép át.

A szupravezetés jelenségét 1911-ben fedezte fel a holland Heike Kamerlingh Onnes. Megfigyelte, hogy a higanynak 4,19 Kelvinen ugrásszszerűen megszűnik az elektromos ellenállása. Bár akkoriban a kvantummechanika új dolog volt, rögtön feltételezte, hogy a szupravezetés magyarázatához a kvantummehanika szükséges.

A következő évtizedekben több szupravezető anyagot is találtak. 1913-ban az ólomról mutatták ki, hogy 7 K-en, 1941-ben a nióbium-nitridről (NbN), hogy 16 K-en szupravezető.

A következő fontosabb lépés a szupravezetés megértésében 1933-ban történt, amikor Meissner és Ochsenfeld felfedezték, hogy a szupravezetők kiszorítják magukból a mágneses teret. Ezt a jelenséget ma Meissner-hatásnak nevezzük. 1935-ben két német fizikus, Fritz és Heinz London megmutatták, hogy a Meissner-hatás levezethető abból a feltételből, hogy a szupravezető áram elektromágneses szabad energiája minimális legyen.

Az 1950-es években jött létre az eredményes fenomenológikus Ginzburg-Landau-elmélet, melyet Landau és Ginzburg találtak ki. Ez az elmélet, mely kombinálja Landau elméletét a másodrendű fázisátmenetekről egy Scrödinger-szerű hullámegyenlettel, nagy sikert ért el a szupravezetők makroszkópikus tulajdonságainak magyarázatában. Ezt az elméletet felhasználva mutatta meg Abrikoszov, hogy a szupravezetők két csoportra oszthatóak, melyeket jelenleg I. és II. típusúaknak nevezünk. Abrikoszov és Ginzburg kapták 2003-ban a Nobel-díjat ezért a munkájukért. (Landau 1968-ban meghalt.)

A szupravezetés kvantummechanikai elmléletét csak 1957-ben alkották meg amerikai fizikusok: John Bardeen, Leon N. Cooper und John R. Schrieffer (nevük kezdőbetűiből BCS-elmélet). Ezért 1972-ben fizikai Nobel-díjat kaptak.

1962-ben fejlesztették ki a Westinghouse kutatói az első kereskedelemben kapható szupravezető szálat, mely nióbium-titánium ötvözet volt. Ugyanebben az évben Josephson előrejelezte, hogy a szupravezető árama két szupravezető darab között képes folyni akkor is, ha a kettőt egy vékony réteg szigetelővel választják el. Ezt a jelenséget, amelyet ma Josephson-hatásnak neveznek, használja fel több szupravezető eszköz, mint például a SQUID-ek. Ezt használták fel a h/e mágneses fluxuskvantum jelenlegi legpontosabb megméréséhez, és ezzel (a kvantumos Hall-effektus felhasználásával) a h Planck-állandóéhoz. Josephsont Nobel-díjjal jutalmazták 1973-ben.

1986-ben tette közzé két fizikus, a német Johannes Georg Bednorz és a svájci Karl Alex Müller a magashőmérsékletű szupravezetéssel kapcsolatos felfedezéseiket, amelyért rögtön 1987-ben Nobel-díjat kaptak. A magas hőmérsékletű szupravezetés létrejöttének még hiányzik az elméleti leírása.

[szerkesztés] A szupravezetés műszaki alkalmazásai

Rengeteg műszaki alkalmazás alapul a szupravezetésen. A szupravezetőket használnak a legerősebb elektromágnesek létrehozásához, ezek között vannak az orvosi MRI-kben használtak, és a részecskegyorsítókban a nyaláb irányítására szolgálóak is. Másik alkalmazása a kevésbé vagy egyáltalán nem mágneses anyagoktól a gyengén mágneses részecskék elválasztása (melyet a pigmentipar?ban hasznosítanak). A szuprevezetőket használják a SQUID-ek (szupravezető kvantum-interferenciás eszközök), a legérzékenyebb magnetométerek készítéséhez is.

Szupravezetőket használnak digitális áramkörök készítéséhez (például Rapid Single Flux Quantum technológia) és a mobiltelefonok bázisállomásainak mikrohullámú szűrőiben.

Sok ígéretes alkalmazás amiatt késik, mert drága dolog nagy rendszereket (például egy hosszú vezetéket) nagyon alacsony hőmérsékleten tartani. Ezen talán nemsokára enyhítenek a magas hőmérsékletű szupravezetéssel kapcsolatos folyamatos fejlesztések, mivel ezeket elegendő folyékony nitrogénnel hűteni a sokkal drágább és nehezebben kezelhető folyékony hélium helyett, vagy cryohűtők? alkalmazásával. A jelenleg ismert magas hőmérsékletű szupravezetők törékeny kerámiák, melyek nem igazán alkalmasak hajlékony vezetékek készítésére. Ígéretes jövőbeli alkalmazások között szerepelnek a nagy-teljesítményű transzformátorok, energiatároló eszközök, elektromotorok (például járműveké), mágneses lebegtetésen alapuló eszközök, valamint áramszünet jelzők?.