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Advances in High Temperature Superconductors and their Applications
Prof. Heike Kamerlingh Onnes entdeckte die Supraleitung bei der Messung des Widerstandes von Quecksilber. Überraschenderweise hörte der Widerstand von Quecksilber bei 4,2 K auf und dieses Phänomen wurde als Supraleitung bekannt. Er erkannte die Bedeutung dieser Entdeckung für die Erzeugung großer Magnetfelder. Es wurde erkannt, dass sich die Supraleitung in einem neuen thermodynamischen Zustand mit besonderen elektrischen und magnetischen Eigenschaften befindet. Dies ebnete den Weg zur Entdeckung weiterer Supraleiter. Einfache Elemente wie Zinn, Indium oder Blei zeigten die höchste kritische Temperatur (Tc) von 7,2 K. Sie wurden als Typ-1-Supraleiter bezeichnet. 1941 wurde festgestellt, dass Niobnitrid bei 16 K supraleitend ist, und Vanadium-Silizium zeigte supraleitende Eigenschaften bei 17. 5 K im Jahr 1953. Nb-Legierungen und binäre oder komplexere Verbindungen wie Nb3Sn (Tc - 18 K), Nb-Ti (Tc -9 K), Ga, V mit Tc,23 K wurden zu Supraleitern vom Typ II. Danach gab es keine großen Fortschritte bei der Entwicklung von Supraleitern, obwohl man sich von ihnen wunderbare Anwendungen versprach. Nach drei Jahrzehnten wurden Fullerene, wie auch keramische Supraleiter, entdeckt. Vor einem Jahrzehnt wurde MgB2 mit Tc = 39 K entdeckt. Diese Supraleiter wurden routinemäßig in Form von Drähten zur Erzeugung größerer Magnetfelder hergestellt. In all diesen Fällen wurde die Kühlung effektiv durch flüssiges Helium erreicht.
Eine umfassende mikroskopische Theorie der Supraleitung in Metallen wurde 1957 von John Bardeen, Leon Cooper und Robert Schrieffer vorgeschlagen (die so genannte „BCS“-Theorie), wofür sie den Nobelpreis für Physik erhielten. Ein großer Durchbruch gelang George Bednorz und Karl Mueller, als sie 1986 eine spröde keramische Supraleitung in der Familie der Cuprate bei 30 K entdeckten und damit eine neue Ära einleiteten. Angeregt durch die Arbeiten von Bednorz und Mueller zur Hochtemperatursupraleitung (HTS) entdeckten Paul Chu und seine Mitarbeiter an der Universität Houston 1987 123 Verbindungen. Dabei handelt es sich um YBCO (Yttrium1-Barium2-Kupfer3-Sauerstoff7) und isostrukturelles RBCO (Seltene-Erden1-Barium2-Kupfer3-Sauerstoff7) mit einer Tc von 93 K. Vor 1987 hatten alle supraleitenden Materialien niedrigere kritische Temperaturen (Tc) und funktionierten daher nur bei Temperaturen in der Nähe des Siedepunkts von flüssigem Helium (4,2 K) oder flüssigem Wasserstoff (20,28 K), wobei der höchste Wert bei Nb3Ge mit 23 K lag, was als Niedertemperatursupraleiter bezeichnet wurde. YBCO war das erste Material, das oberhalb von 77 K (Siedepunkt von flüssigem Stickstoff) supraleitend wurde, und in der Folge wurde eine Reihe von Hochtemperatur-Supraleitern entdeckt. Diese supraleitenden Materialien sind weithin als Hochtemperatursupraleiter bekannt, da ihre Tc-Werte die von der BCS-Theorie vorgegebene Grenze überschreiten. HTSCs sind potenziell wertvoll, da flüssiger Stickstoff billiger ist als flüssiges Helium.
YBCO verfügt über hervorragende supraleitende und physikalische Eigenschaften. YBCO-Empfängerspulen in NMR-Spektrometern haben die Auflösung von NMR-Spektrometern im Vergleich zu herkömmlichen Spulen um den Faktor 3 verbessert. Die Gruppe von Paul Chu hält den aktuellen Tc-Rekord von 164 K im Quecksilberbarium-basierten Cuprat-Supraleiter unter Druck. Ihre Arbeit führte zu einer raschen Abfolge neuer supraleitender Hochtemperaturmaterialien und läutete eine neue Ära in der Materialwissenschaft, Chemie und Technologie ein. Darüber hinaus wurde die Struktur der supraleitenden Hochtemperaturverbindung Bi2Sr2Ca2Cu2O10(BiSCCO) mit T= 110 K bekannt. 1993 wurde auch über Quecksilberkuprate, keramische Perowskit-Supraleiter mit einer Übergangstemperatur von Tc = 138 K berichtet.
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Letzte Änderung: 2024.11.13 22:11 (GMT)
