supraconductibilitate
este o proprietate manifestată de anumite materiale la temperaturi foarte scăzute.
Materialele care au această proprietate includ metale și aliajele acestora
(staniu, aluminiu și altele), unii semiconductori și anumite ceramice
cunoscut sub numele de cuprați care conțin atomi de cupru și oxigen. A
supraconductor conduce electricitatea fără rezistență, un unic
proprietate. De asemenea, respinge perfect câmpurile magnetice într-un fenomen
cunoscut sub numele de efect Meissner, pierzând orice câmp magnetic intern
ar fi avut înainte de a fi răcit la o temperatură critică. pentru că
din acest efect, unele pot fi făcute să plutească la nesfârșit deasupra unui puternic
camp magnetic.
Pentru
majoritatea materialelor supraconductoare, temperatura critică este sub aproximativ
30 K (aproximativ -406°F sau -243°C). Unele materiale, numite
supraconductori de înaltă temperatură, fac tranziția de fază la aceasta
stare la temperaturi critice mult mai ridicate, de obicei mai mari de 70 K
(aproximativ -334°F sau -203°C) și uneori până la 138 K
(aproximativ -211°F sau -135°C). Aceste materiale sunt aproape
întotdeauna ceramică cuprat-perovskită. Se afișează ușor diferit
proprietăți decât alți supraconductori și felul în care tranziția le are
încă nu a fost explicat în totalitate. Uneori sunt numite Tip II
supraconductori pentru a le deosebi de tipul mai convențional
I.
teoria supraconductoarelor convenționale, de joasă temperatură, totuși, este
bine inteles. Într-un conductor, electronii curg printr-un ionic
rețea de atomi, eliberând o parte din energia lor în rețea și
încălzirea materialului. Acest flux se numește electricitate. Pentru că
electronii se lovesc continuu de rețea, unii dintre ei
se pierde energie și curentul electric scade în intensitate pe măsură ce acesta
se deplasează prin conductor. Aceasta este ceea ce se înțelege prin electric
rezistență în conducere.
In
un supraconductor, electronii care curg se leagă unul de celălalt în
aranjamente numite perechi Cooper, care trebuie să primească o zguduire substanțială
de energie care urmează să fie ruptă. Electronii din perechile Cooper prezintă
proprietăți superfluidice, curgând la nesfârșit fără rezistență. The
Frigul extrem înseamnă că atomii membrilor săi nu vibrează intens
suficient pentru a despărți perechile Cooper. În consecință, perechile rămân
legați la nesfârșit unul de celălalt atâta timp cât temperatura rămâne sub
valoarea critică.
Electroni
în perechile Cooper se atrag unul pe altul prin schimbul de fononi,
unități cuantificate de vibrație, în rețeaua vibrantă a
material. Electronii nu se pot lega direct unul de altul în felul în care
nucleonii fac pentru că nu experimentează așa-numitul
forță puternică, „cleiul” care ține protonii și
neutroni împreună în nucleu. În plus, electronii sunt toți
încărcate negativ și, în consecință, se resping reciproc dacă devin și ei
apropiati. Fiecare electron crește ușor sarcina
rețeaua atomică care o înconjoară, totuși, creând un domeniu de rețea
sarcină pozitivă care, la rândul ei, atrage alți electroni. Dinamica lui
A fost descrisă împerecherea Cooper în supraconductorii convenționali
matematic de teoria supraconducției BCS, dezvoltată în 1957
de John Bardeen, Leon Cooper și Robert Schrieffer.
As
oamenii de știință continuă să descopere noi materiale care superconduc la nivel superior
temperaturile, se apropie de descoperirea unui material care va
se integrează cu rețelele noastre electrice și cu design-urile electronice fără a suferi
facturi uriașe de refrigerare. Un progres important s-a făcut în 1986 când
JG Bednorz și KA Müller i-au descoperit pe cei care lucrează la
temperaturi mai ridicate, ridicând temperatura critică suficient de mult încât
răceala necesară ar putea fi realizată mai degrabă cu azot lichid decât
cu heliu lichid scump. Dacă cercetătorii ar putea descoperi mai multe
materiale care ar putea fi folosite în acest fel, poate că ar deveni
economic fezabil pentru a transmite energie electrică pentru foarte mult timp
distanțe fără pierderi de putere. O varietate de alte aplicații, de asemenea
există în acceleratoare de particule, motoare, transformatoare, stocare de energie,
filtre magnetice, scanare fMRI și levitație magnetică