Einleitung zu Supraleitern
Supraleiter sind Materialien, die unterhalb einer bestimmten Temperatur, bekannt als die kritische Temperatur oder Tc, Strom ohne Widerstand leiten können. Dies ermöglicht die Übertragung von elektrischem Strom ohne Energieverlust, was sie für eine Vielzahl von Anwendungen in Bereichen wie Energieerzeugung, medizinische Bildgebung und Transportwesen sehr nützlich macht. Die Herausforderung bei der Supraleitung liegt jedoch darin, dass sie niedrige Temperaturen erfordert, was für einige Anwendungen teuer und unpraktisch sein kann. Dennoch forschen Wissenschaftler kontinuierlich an neuen Materialien, die Supraleitung bei höheren Temperaturen zeigen, was in Zukunft zu praktischeren und weit verbreiteten Anwendungen führen könnte.
Typen von Supraleitern
Supraleiter lassen sich in zwei Haupttypen einteilen:
- Type I Supraleiter: Diese haben ein einziges kritisches Magnetfeld, unterhalb dessen sie perfekte Leitfähigkeit aufweisen, und oberhalb dessen sie ihre supraleitenden Eigenschaften abrupt verlieren. Sie werden auch als „weiche“ Supraleiter bezeichnet. Beispiele hierfür sind Quecksilber (Hg), Blei (Pb) und Zinn (Sn).
- Type II Supraleiter: Diese weisen zwei kritische Magnetfelder auf, zwischen denen sie einen gemischten Zustand zeigen, in dem nur Teile des Materials supraleitend sind. Sie werden auch als „harte“ Supraleiter bezeichnet. Beispiele sind Niob-Titan (NbTi), Niob-Zinn (Nb3Sn) und YBCO (Yttrium-Barium-Kupferoxid).
Type II Supraleiter werden aufgrund ihrer Fähigkeit, bei höheren Magnetfeldern und Temperaturen zu arbeiten, sowie ihrer Eigenschaft, supraleitend zu bleiben, auch in starken Magnetfeldern, häufiger in praktischen Anwendungen eingesetzt. Dies ist essentiell für Anwendungen wie MRT-Geräte und Teilchenbeschleuniger.
Unkonventionelle Supraleiter
Neben diesen beiden Haupttypen gibt es auch unkonventionelle Supraleiter, die nicht in die konventionelle BCS-Theorie (Bardeen-Cooper-Schrieffer) der Supraleitung passen. Dazu gehören Hochtemperatur-Supraleiter und Schwerfermionen-Supraleiter.
Supraleiter – Materialien
Im Folgenden eine Tabelle mit 10 Supraleitern und ihren wichtigsten Merkmalen:
Supraleiter | Chemische Formel | Typ | Kritische Temperatur (K) | Kritisches Magnetfeld (T) |
---|---|---|---|---|
Zinn (Sn) | Sn | Type I | 3.72 | 0.005 |
Blei (Pb) | Pb | Type I | 7.19 | 0.015 |
Quecksilber (Hg) | Hg | Type I | 4.15 | 0.091 |
Niob-Titan (NbTi) | NbTi | Type II | 10.4 | 12.5 |
Niob-Zinn (Nb3Sn) | Nb3Sn | Type II | 18.1 | 25 |
YBCO | YBa2Cu3O7-x | Type II | 92 | 0.2 |
Schlussfolgerung
Die Forschung und Entwicklung neuer Supraleiter bleibt ein spannendes und dynamisches Feld, das das Potenzial hat, unsere Art, Energie zu nutzen und elektrische Systeme zu gestalten, grundlegend zu verändern. Die fortschreitende Entdeckung von Materialien mit höheren kritischen Temperaturen verspricht, die Anwendung von Supraleitern in einer breiteren Palette von Technologien zu ermöglichen und somit einen bedeutenden Einfluss auf verschiedene Industrien und Alltagstechnologien zu haben.