Niitä on kahta tyyppiä suprajohtavuus : se, joka on alhainen lämpötila tai tavanomainen, joka esiintyy yleensä vain muutaman asteen sisällä absoluuttisesta nollapisteestä ja jonka teoreettiset fyysikot tuntevat hyvin, ja että se on korkea lämpötila josta tiedämme toistaiseksi vain vähän.

Jos olisi olemassa keino tuottaa sähköä huoneenlämmössä, maailma voisi mullistua, sillä energian siirto-, varastointi- ja tuotantotavat voisivat muuttua ja jopa vähentää ilmaston lämpenemistä aiheuttavien kasvihuonekaasujen päästöjä.

Suprajohtavuus: milloin ilmiö havaittiin?

Fyysikko Heike Kamerlingh Onnes löysi 8. huhtikuuta 1911 ilmiön, joka voi muuttaa kaiken. Löytö tehtiin elohopealangan avulla ja sen avulla, miten se menettää sähkövastuksensa, kun se on alhaisessa lämpötilassa 4,2 astetta absoluuttisen nollapisteen yläpuolella (-273,15 °C).

1950-luvun puolivälissä yhdysvaltalaiset tutkijat John Bardeen, Leon Cooper ja John Robert Schrieffer onnistuivat esittämään uskottavan selityksen suprajohtavuudelle alhaisissa lämpötiloissa.

Kvanttifysiikan mukaan hetkellä, jolloin elektronit ovat ryhmittyneet yhteen (Cooperin parit), ne pyrkivät pääsemään vapaiksi normaaleista esteistä kiinteän aineen läpi. Tällainen pariliitos johtuu fononien vaikutuksesta, jotka eivät ole muuta kuin kiinteän aineen muodostavien atomien rakenteellista värähtelyä.

Korkeissa lämpötiloissa nämä värähtelyt häiriintyvät. Tästä syystä tämä ryhmä tavanomaisia johtimia toimii vain alle 40 K:n lämpötilassa, ja niiden jäähdyttäminen edellyttää heliumin läsnäoloa. Tämä teoria, joka tunnetaan myös nimellä "BCS", sai Nobelin fysiikan palkinnon vuonna 1972.

Miksi suprajohtavuutta käytetään?

Koska näiden johtimien toiminnasta korkeissa lämpötiloissa on vain vähän tietoa, käytännön sovellukset ovat hyvin rajalliset. Matalissa lämpötiloissa toimivia ja nestemäisellä heliumilla jäähdytettyjä johtimia käytetään erittäin voimakkaiden magneettien valmistukseen.

Esimerkkinä tästä on magneetti, jolla voidaan ohjata ja kiihdyttää hiukkasia. Yksi suurimmista koskaan valmistetuista magneeteista on suuri hadronitörmäytin, joka sijaitsee CERNin hiukkasfysiikan laboratoriossa Geneven lähellä Sveitsissä. Toinen esimerkki näiden johtimien käytöstä on magneettikuvaus, jossa käytetään niobium-tiniseoksia kehon kudosten visualisointiin.

Vuosien mittaan ja alan tutkimusten edetessä löydetään suprajohderyhmiä. Yksi niistä oli julkistettu vuonna 2020, ja se toimii lähes huoneenlämmössä, 14 ºC:ssa. se sijaitsi kahden timantin välissä, melkein murskaamalla hiilen, rikin ja vedyn välille syntyneen seoksen.

• Fyysikot havaitsevat ensimmäistä kertaa elektronit normaalien ratojensa ulkopuolella
• Kotisivu
• Fyysikot saavuttavat suprajohtavuuden huoneenlämmössä
• Fyysikot luovat viritettävää suprajohtavuutta kierrettyyn grafeeniin
• Grafeenin tutkimiseen tarkoitettu brasilialainen nanoskooppi Nature-lehden kannessa