Superleiter – Materialien
Superleiter sind Materialien, die unterhalb einer bestimmten Temperatur, der kritischen Temperatur oder Tc, Strom ohne Widerstand leiten können. Dies bedeutet, dass sie elektrischen Strom ohne Energieverlust tragen können, was sie für eine Vielzahl von Anwendungen in Bereichen wie Energieerzeugung, medizinische Bildgebung und Transport sehr nützlich macht.
Anwendungen der Supraleitung
Die Anwendungen der Supraleitung sind vielfältig. Sie reichen von der medizinischen Bildgebung, wie bei MRT-Geräten, über den Transport, wie bei Magnetschwebebahnen, bis hin zur Energieerzeugung und -verteilung, wie bei Hochfeldmagneten für Fusionsversuche. Die Herausforderung bei der Supraleitung besteht jedoch darin, dass sie niedrige Temperaturen erfordert, was für einige Anwendungen kostspielig und unpraktisch sein kann. Dennoch erforschen und entwickeln Wissenschaftler kontinuierlich neue Materialien, die bei höheren Temperaturen Supraleitung zeigen, was in Zukunft zu einer weiter verbreiteten und praktischeren Anwendung führen könnte.
Arten von Superleitern
Superleiter lassen sich in zwei Haupttypen klassifizieren:
Type-I-Superleiter
Diese Superleiter haben ein einziges kritisches Magnetfeld, unterhalb dessen sie perfekte Leitfähigkeit zeigen, und oberhalb dessen sie ihre supraleitenden Eigenschaften abrupt verlieren. Sie werden auch als „weiche“ Superleiter bezeichnet. Beispiele für Typ-I-Superleiter sind Quecksilber, Blei und Zinn.
Type-II-Superleiter
Diese Superleiter haben zwei kritische Magnetfelder, und zwischen ihnen zeigen sie einen gemischten Zustand, in dem nur Teile des Materials supraleitend sind. Sie werden auch als „harte“ Superleiter bezeichnet. Beispiele für Typ-II-Superleiter sind Niob-Titan, Niob-Zinn und YBCO (Yttrium-Barium-Kupferoxid). Typ-II-Superleiter werden in praktischen Anwendungen häufiger verwendet, da sie bei höheren magnetischen Feldern und Temperaturen als Typ-I-Superleiter arbeiten können. Sie können ihre supraleitenden Eigenschaften auch in Anwesenheit starker magnetischer Felder aufrechterhalten, was für Anwendungen wie MRT-Geräte und Teilchenbeschleuniger wesentlich ist.
Neben diesen beiden Haupttypen gibt es auch unkonventionelle Superleiter, die nicht in die herkömmliche BCS-Theorie (Bardeen-Cooper-Schrieffer) der Supraleitung passen. Dazu gehören Hochtemperatur-Superleiter und Schwerfermionen-Superleiter.
Eigenschaften einiger Superleiter
Hier ist eine Tabelle von 10 Superleitern mit ihren Schlüsseleigenschaften:
| Superleiter | 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 |
| Yttrium-Barium-Kupferoxid (YBCO) | YBa2Cu3O7-x | Type II | 92 | 20.2 |
| Bismut-Strontium-Calcium-Kupferoxid (BSCCO) | Bi2Sr2Ca2Cu3O10+x | Type II | 107 | 70.2 |
| Lanthan-Barium-Kupferoxid (LBCO) | La1.85Ba0.15CuO4 | Type II | 40 | 20.2 |
| Magnesium-Diborid (MgB2) | MgB2 | Type II | 39 | 20.2 |
| Eisenbasierter Superleiter (FeSe) | FeSe | Type II | 8 | 0.17 |
Superleiter sind ein faszinierendes und sich schnell entwickelndes Gebiet der Materialwissenschaften, mit immensen Möglichkeiten für zukünftige Technologien.
