30.21: Arten von Supraleitern

Ein Supraleiter ist eine Substanz, die keinen Widerstand gegen den elektrischen Strom bietet, wenn sie unter eine kritische Temperatur fällt. Null Widerstand ist nicht das einzige interessante Phänomen, wenn Materialien ihre Übergangstemperaturen erreichen. Ein zweiter Effekt ist die Ausschließung magnetischer Felder. Dies wird als der Meißner-Effekt bezeichnet. Ein leichter Dauermagnet, der über einer supraleitenden Probe platziert wird, schwebt in einer stabilen Position über dem Supraleiter. Hochgeschwindigkeitszüge, die auf starken supraleitenden Magneten schweben, wurden entwickelt, um die Reibung zwischen Zug und Gleisen zu beseitigen. Am 3. April 1997 wurde die Yamanashi-Maglev-Teststrecke in Japan offiziell eröffnet, und im April 2015 erreichte das Testfahrzeug MLX01 eine Geschwindigkeit von 374 km/h unter Verwendung starker supraleitender Magneten.

Supraleiter können in Typ-I- und Typ-II-Supraleiter kategorisiert werden.

Dreißig reine Metalle haben unterhalb ihrer kritischen Temperatur einen spezifischen Widerstand von Null und weisen den Meißner-Effekt auf, die Eigenschaft, magnetische Felder aus dem Inneren des Supraleiters auszuschließen, während der Supraleiter eine Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur aufweist. Diese Metalle werden als Typ-I-Supraleiter bezeichnet. Die Supraleitfähigkeit besteht nur unterhalb ihrer kritischen Temperaturen und unterhalb einer kritischen magnetischen Feldstärke. Typ-I-Supraleiter haben begrenzte praktische Anwendungen, da die Stärke des kritischen Magnetfelds, das benötigt wird, um die Supraleitfähigkeit zu zerstören, recht niedrig ist.

Typ-II-Supraleiter haben viel höhere kritische Magnetfelder und können viel höhere Stromdichten tragen, während sie im supraleitenden Zustand bleiben. Verschiedene Keramikmaterialien, die Barium-Kupfer-Oxid enthalten, haben viel höhere kritische Temperaturen für den Übergang in einen supraleitenden Zustand. Supraleitende Materialien, die zu dieser Unterkategorie der Typ-II-Supraleiter gehören, werden oft als Hochtemperatursupraleiter kategorisiert.

Wenn ein Permanentmagnet über irgendeine Art von supraleitendem Material gelegt wird, wird der Magnet abgestoßen und schwebt aufgrund des Meissner-Effekts in einer stabilen Position. Supraleiter werden aufgrund ihres Verhaltens und ihrer Eigenschaften in Typ-I- und Typ-II-Gruppen eingeteilt.

Supraleiter vom Typ I fungieren als Leiter, wenn sie bei Raumtemperatur betrieben werden. Bei einer Abkühlung unter die kritische Temperatur wird jedoch die molekulare Bewegung im Inneren der Substanz reduziert, so dass der Strom so frei wie möglich fließen kann.

Sie bestehen typischerweise aus reinen Metallen wie Quecksilber, Zink, Aluminium, Blei usw. und gehorchen voll und ganz dem Meissner-Effekt, während sie ein geringes kritisches Magnetfeld haben.

Typ-II-Supraleiter weisen bei mittleren Temperaturen und Feldern oberhalb der supraleitenden Phasen eine Zwischenphase mit gemischten gewöhnlichen und supraleitenden Eigenschaften auf.

Sie bestehen typischerweise aus elementarem Niob, Vanadium, Technetium und Metalllegierungen oder komplexen Oxiden.

Typ-II-Supraleiter gehorchen teilweise dem Meissner-Effekt und verfügen über zwei kritische Magnetfelder.