Superprevodnik je element ali kovinska zlitina, ki material, ko se ohladi pod določeno mejno temperaturo, močno izgubi električni upor. Načeloma lahko superprevodniki omogočajo električni tok da teče brez kakršnih koli izgub energije (čeprav je v praksi idealen superprevodnik zelo težko izdelati). Ta vrsta toka se imenuje supertok.
Mejna temperatura, pod katero material prehaja v stanje superprevodnika, je označena kot Tc, kar pomeni kritično temperaturo. Vsi materiali se ne pretvorijo v superprevodnike in materiali, ki jih ima vsak, imajo svojo vrednost Tc.
Vrste superprevodnikov
- Superprevodniki tipa I delujejo kot prevodniki pri sobni temperaturi, vendar ko se ohladijo spodaj Tc, molekularno gibanje znotraj materiala se zmanjša dovolj, da se lahko pretok toka nemoteno giblje.
- Superprevodniki tipa 2 niso posebno dobri prevodniki pri sobni temperaturi, prehod v stanje superprevodnika je bolj postopen kot superprevodniki tipa 1. Mehanizem in fizična podlaga za to spremembo stanja trenutno še ni popolnoma razumljen. Superprevodniki tipa 2 so običajno kovinske spojine in zlitine.
Odkritje superprevodnika
Superprevodnost je prvič odkrila leta 1911, ko je živo srebro ohladilo na približno 4 stopinje Kelvina nizozemska fizičarka Heike Kamerlingh Onnes, ki mu je prinesla Nobelovo nagrado za fiziko leta 1913. V zadnjih letih se je to polje zelo razširilo in odkrili smo številne druge oblike superprevodnikov, vključno s superprevodniki tipa 2 v tridesetih letih 20. stoletja.
Osnovna teorija o superprevodnosti, BCS Theory, so si prislužili znanstveniki - John Bardeen, Leon Cooper in John Schrieffer - Nobelova nagrada za fiziko iz leta 1972. Del Nobelove nagrade za fiziko iz leta 1973 je prejel Brian Josephson, tudi za delo s superprevodnostjo.
Januarja 1986 sta Karl Muller in Johannes Bednorz naredila odkritje, ki je spremenilo, kako znanstveniki mislijo na superprevodnike. Pred tem je bilo razumevanje, da se superprevodnost kaže samo, ko se ohladi na blizu absolutna nič, vendar so z uporabo oksida barija, lantana in bakra ugotovili, da je postal superprevodnik pri približno 40 stopinjah Kelvina. To je sprožilo dirko za odkrivanje materialov, ki delujejo kot superprevodniki pri veliko višjih temperaturah.
V desetletjih od takrat so bile najvišje dosežene temperature okoli 133 stopinj Kelvina (čeprav bi lahko v primeru visokega tlaka dvignili do 164 stopinj Kelvina). Avgust 2015 je časopis, objavljen v reviji Nature, poročal o odkritju superprevodnosti pri temperaturi 203 stopinj Kelvina, ko je pod visokim pritiskom.
Uporaba superprevodnikov
Superprevodniki se uporabljajo v različnih aplikacijah, predvsem pa v strukturi velikega hadronskega trkalnika. Predori, ki vsebujejo pramene nabitih delcev, so obdani s cevmi, ki vsebujejo močne superprevodnike. Supertoki, ki tečejo skozi superprevodnike, ustvarjajo intenzivno magnetno polje skozi elektromagnetna indukcija, ki jih lahko uporabimo za pospešitev in usmerjanje ekipe po želji.
Poleg tega so superprevodniki razstavljeni Meissnerjev učinek v katerem prekličejo ves magnetni tok znotraj materiala, ki postane popolnoma diamagneten (odkrit leta 1933). V tem primeru linije magnetnega polja dejansko potujejo okoli ohlajenega superprevodnika. Ta lastnost superprevodnikov se pogosto uporablja v poskusih z magnetno levitacijo, kot je kvantno zaklepanje, ugotovljeno pri kvantni levitaciji. Z drugimi besedami, če Nazaj v prihodnosti hoverboards v slogu kdaj postanejo resničnost. V manj svetlobni uporabi imajo superprevodniki pomembno vlogo v sodobnem napredku leta 2003 vlaki z magnetno levitacijo, ki zagotavljajo veliko možnost hitrega javnega prevoza, ki temelji na električni energiji (kar je lahko ustvarjene z uporabo obnovljive energije) v nasprotju z neobnovljivimi tokovnimi možnostmi, kot so letala, avtomobili in premog vlaki.
Uredil Anne Marie Helmenstine, dr.