Superprovodnost

Iz Vikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
Magnet lebdi iznad ohlađenog superprovodnika (oko −197 °C).
Keramički superprovodnik lebdi iznad magnetne trake.

Superprovodljivost ili superprovodnost je pojava kod izvesnih materijala na niskim temperaturama koja se karakteriše sa:

Time se za superprovodnike kaže da su to idealni provodnici i idealni dijamagnetici.

Superprovodnost se javlja ispod kritične temperature Tc, koja se razlikuje za različite materijale. Na temperaturama višim od kritične materijali se vraćaju u svoju osnovnu fazu.

Superprovodnost ima manifestacije koje su interesantne široj javnosti i često se koriste u popularizaciji nauke. Jedan od takvih makroskopskih manifestacija je u vidu Majsnerovog efekta kada superprovodnici istiskuju iz sebe magnetno polje. Superprovodnost se manifestuje i u vidu neprekidnog proticanja struje kroz zatvoreno kolo ako se temperatura održava ispod kritične.

Istorijat[uredi]

  • Fenomen superprovodnosti je 1911. godine otkrio holandski naučnik Kamerling Ones u Lajdenu. U Devarovom sudu u kolu od superprovodnog materijala koji je činila živa na dovoljno niskoj temperaturi, struja je tekla preko dve godine od zatvaranja kola bez promene magnetnog polja pri održavanju dovoljno niske temperature. Iako su se naučnici decenijama bavili ovim fenomenom, osnova pojave nije bila poznata sve do pedesetih i šezdesetih godina 20. veka.
  • 1957. godine su američki fizičari Džon Bardin (John Bardeen), Lion Kuper (Leon Cooper) i Robert Šrifer (Robert Schrieffer) objavili teoriju superprovodljivosti (za konvencionalne, tada jedino poznate, superprovodnike), sada poznatu kao BCS teorija. Za ovo otkriće su dobili Nobelovu nagradu petnaest godina kasnije,1972. godine. (To je bila Bardinova druga Nobelova nagrada; prvu je dobio za rad na razvoju tranzistora.) Ključni deo BCS teorije je ideja da provodni elektroni grade parove, nazvani Kuperovi parovi, kao posledica interakcije sa pozitivnim jonima kristala.
  • Tema superprovodnosti je ponovo počela da bude aktuelna počev od 1986. godine kada su otkriveni visokotemperaturni superprovodnici. Iako se fenomenološki ovi superprovodnici ponašaju vrlo slično, njiihovo objašnjenje je i danas otvoreno pitanje u nauci.[1]

Teorije superprovodnosti[uredi]

Istorijski, postoje tri teorije superprovodnosti:

Podela[uredi]

Superprovodnost se pojavljuje kod raznih materijala, uključujući i jednostavne elemente poput kalaja i aluminijuma, neke matalne legure, i visokodopirane poluprovodnike, kao i izvesna keramička jedinjenja koja sadrže nešto atoma bakra ikiseonika. Druga vrsta jedinjenja, poznata kao kuprati, su visokotemperaturni superprovodnici. Superprovodnost se ne pojavljuje kod plemenitih metala poput zlata i srebra, niti kod feromagnetnih metala poput gvožđa (mada gvožđe može da se pretvoriti u superprovodnik ako se podvrgne vrlo visokim pritiscima).

Pored klasičnih superprovodnika, postoji i klasa materijala, poznata kao nekonvencionalni superprovodnici, kod koje se javlja superprovodnost, ali čija su fizička svojstva u suprotnosti sa teorijom konvencionalnih superprovodnika. Naime, visokotemperaturni superprovodnici, otkriveni 1986, pokazuju osobinu superprovodljivosti na temperaturama daleko višim nego što bi to bilo moguće po konvencionalnoj teoriji (ipak, ova temperatura je još uvek daleko ispod sobne temperature). Trenutno ne postoji celovita teorija visokotemperaturne superprovodnosti.

Primeri superprovodljivih materijala
Supstanca Kritična temperatura
u K
Kritična temperatura
u °C
volfram [2] 0,012 −273,139
galijum [2] 1,091 −272,059
aluminijum 1,14 −272,01
živa [2] 4,153 −268,997
tantal [2] 4,483 −268,667
olovo [2] 7,193 −265,957
niobijum [2] 9,5 −263,65
AuPb 7,0 −266,15
Tehnicijum 11,2 −266,07
MoN 12,0 −261,15
PbMo6S8 15 −258,15
K3C60 19 −254,15
Nb3Ge 23 −250,15
La2CuO4 35 −238,15
MgB2 39 −234,15
Cs3C60 40 −233,15
Bi2Sr2CaCu2O8 92 −181,15
YBa2Cu3O7-x; x ~ 0,2 [3] 93 −180,15
Bi2Sr2Ca2Cu3O10 110 −163,15
HgBa2Ca2Cu3O8+x[3] 133 −140,15

Objašnjenje pojave[uredi]

Spareni elektroni ne mogu individualno dobiti ili izgubiti male količine energije, kao što bi mogli u delimično popunjenoj provodnoj zoni. Njihovo sparivanje stvara energijski procep u dozvoljenim kvantnim nivoima, a na niskim temperaturama ne postoji dovoljno energije sudara da se ovaj procep preskoči. Prema tome elektroni mogu slobodno da se kreću kroz kristal bez ikakve razmene energije kroz sudare, to jest sa nultim otporom.

Jedna od mogućih koristi superprovodnika je ta što bi pomoću njih bilo moguće da se električna energija čuva dugo vremena, praktično bez utrošaka. Ipak da bi se superprovodnici koristili u praksi, potrebno je da „funkcionišu“ na temperaturama približnim sobnim (inače bi ih utrošak energije za hlađenje učinio nepraktičnim). Zato već dugi niz godina naučnici rade na stvaranju superprovodnika koji rade na sve višim temperaturama.

Primena[uredi]

Video snimak supermagneta YBCO, koji lebdi iznad magnetne šine

Jedna od mogućih koristi superprovodnika je ta što bi pomoću njih bilo moguće da se električna energija čuva dugo vremena, praktično bez utrošaka. Ipak da bi se superprovodnici koristili u praksi, potrebno je da „funkcionišu“ na temperaturama približnim sobnim (inače bi ih utrošak energije za hlađenje učinio nepraktičnim). Zato već dugi niz godina naučnici rade na stvaranju superprovodnika koji rade na sve višim temperaturama.

Reference[uredi]

Literatura[uredi]

Spoljašnje veze[uredi]