Supraleitung: Alles, was Sie wissen müssen

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Ricky Joseph

Es gibt zwei Arten Supraleitfähigkeit : die von niedrige Temperatur oder konventionell, der im Allgemeinen nur innerhalb weniger Grade des absoluten Nullpunkts auftritt und von theoretischen Physikern gut verstanden wird; und der von hohe Temperatur über die wir bisher nur wenig wissen.

Wenn es einen Weg gäbe, diese Elektrizität bei Raumtemperatur zu erzeugen, könnte die Welt revolutioniert werden, da die Art und Weise, wie Energie transportiert, gespeichert und erzeugt wird, sogar einen Einfluss auf die Reduzierung der Emission von Treibhausgasen hätte, die die globale Erwärmung verursachen.

Supraleitung: Wann wurde das Phänomen entdeckt?

Am 8. April 1911 entdeckte die Physikerin Heike Kamerlingh Onnes ein Phänomen, das alles verändern kann: Ein Quecksilberdraht verliert seinen elektrischen Widerstand, wenn er eine niedrige Temperatur von 4,2 Grad über dem absoluten Nullpunkt (-273,15 °C) erreicht.

Mitte der 1950er Jahre gelang es den amerikanischen Forschern John Bardeen, Leon Cooper und John Robert Schrieffer, eine plausible Erklärung für die Supraleitfähigkeit bei niedrigen Temperaturen zu finden.

Nach der Quantenphysik versuchen die Elektronen in dem Moment, in dem sie sich zusammenschließen (Cooper-Paare), den normalen Barrieren zu entkommen und durch einen Festkörper hindurch frei zu werden. Diese Paarbildung wird durch den Einfluss von Phononen verursacht, die nichts anderes als eine strukturelle Schwingung der Atome sind, die den Festkörper bilden.

Bei hohen Temperaturen werden diese Schwingungen unterbrochen. Aus diesem Grund funktioniert diese Gruppe von konventionellen Leitern nur unterhalb von 40 K, und um gekühlt zu werden, benötigen sie die Anwesenheit von Helium. Diese auch als "BCS" bekannte Theorie wurde 1972 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

Warum wird die Supraleitung genutzt?

Aufgrund des begrenzten Wissens über die Funktionsweise dieser Leiter bei hohen Temperaturen sind die praktischen Anwendungen sehr begrenzt. Diejenigen, die bei niedrigen Temperaturen funktionieren und mit flüssigem Helium gekühlt werden, werden zur Herstellung sehr starker Magnete verwendet.

Ein Beispiel dafür ist der Magnet, der Teilchen lenken und beschleunigen kann. Einer der größten jemals hergestellten Magnete ist der Large Hadron Collider im Teilchenphysiklabor CERN in der Nähe von Genf, Schweiz. Ein weiteres Beispiel für die Verwendung dieser Leiter ist die Magnetresonanztomographie, bei der Niob-Zinn-Legierungen verwendet werden, um Körpergewebe sichtbar zu machen.

Im Laufe der Jahre und der Untersuchungen auf diesem Gebiet werden immer mehr Gruppen von Supraleitern entdeckt. 2020 wurde einer von ihnen angekündigt, der bei einer Temperatur von 14 ºC, also fast Raumtemperatur, arbeitet und sich zwischen zwei Diamanten befindet, die das Gemisch aus Kohlenstoff, Schwefel und Wasserstoff fast zerdrücken.

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Ricky Joseph ist ein Wissenssucher. Er ist fest davon überzeugt, dass wir durch das Verständnis der Welt um uns herum daran arbeiten können, uns selbst und unsere Gesellschaft als Ganzes zu verbessern. Als solcher hat er es sich zur Lebensaufgabe gemacht, so viel wie möglich über die Welt und ihre Bewohner zu lernen. Joseph hat in vielen verschiedenen Bereichen gearbeitet, alle mit dem Ziel, sein Wissen zu erweitern. Er war Lehrer, Soldat und Geschäftsmann – aber seine wahre Leidenschaft liegt in der Forschung. Derzeit arbeitet er als Forschungswissenschaftler für ein großes Pharmaunternehmen, wo er sich der Suche nach neuen Behandlungsmethoden für Krankheiten widmet, die lange als unheilbar galten. Durch Fleiß und harte Arbeit ist Ricky Joseph zu einem der weltweit führenden Experten für Pharmakologie und medizinische Chemie geworden. Sein Name ist Wissenschaftlern auf der ganzen Welt bekannt, und seine Arbeit verbessert weiterhin das Leben von Millionen Menschen.