Supravadītājs ir elements vai metāla sakausējums, kura atdzesēšanas laikā zem noteiktas sliekšņa temperatūras materiāls dramatiski zaudē visu elektrisko pretestību. Principā supravadītāji var atļauties elektriskā strāva plūst bez enerģijas zudumiem (lai gan praksē ideālu supravadītāju ir ļoti grūti radīt). Šāda veida strāvu sauc par virsstrāvu.
Temperatūras slieksni, zem kura materiāls nonāk supravadītāja stāvoklī, apzīmē kā Tc, kas apzīmē kritisko temperatūru. Ne visi materiāli pārvēršas par supravadītājiem, un materiāliem, kuriem katram ir sava vērtība, ir Tc.
Supravadītāju veidi
- I tipa supravadītāji istabas temperatūrā darbojas kā vadītāji, bet zemāk atdzesē Tc, molekulārā kustība materiālā pietiekami mazinās, lai strāvas plūsma varētu netraucēti pārvietoties.
- 2. tipa supravadītāji nav īpaši labi vadītāji istabas temperatūrā, pāreja uz supravadītāja stāvokli ir pakāpeniskāka nekā 1. tipa supravadītājiem. Šo stāvokļa izmaiņu mehānisms un fiziskais pamats šobrīd nav pilnībā izprasts. 2. tipa supravadītāji parasti ir metāliski savienojumi un sakausējumi.
Supravadītāja atklāšana
Supravadītspēja pirmo reizi tika atklāta 1911. gadā, kad dzīvsudrabu atdzesēja līdz aptuveni 4 grādiem pēc Kelvina holandiešu fiziķis Heike Kamerlingh Onnes, kurš viņam nopelnīja 1913. gada Nobela prēmiju fizikā. Gadu gaitā šis lauks ir ievērojami paplašinājies, un ir atklāti daudzi citi supravadītāju veidi, ieskaitot 2. tipa supravadītājus 30. gados.
Supravadītspējas pamat teorija, BCS teorija, zinātniekiem - Džonam Bārdeinam, Leonam Kūperam un Džonam Šrīferam - nopelnīja 1972. gada Nobela prēmiju fizikā. Daļa 1973. gada Nobela prēmijas fizikā tika piešķirta Braienam Džozefsonam, arī par darbu ar supravadītspēju.
1986. gada janvārī Kārlis Mullers un Johanness Bednorzs veica atklājumu, kas mainīja to, kā zinātnieki domāja par supravadītājiem. Pirms šī brīža tika saprasts, ka supravadītspēja izpaužas tikai tad, kad to atdzesē līdz gandrīz absolūtā nulle, bet, izmantojot bārija, lantāna un vara oksīdu, viņi atklāja, ka tas kļūst par supravadītāju aptuveni 40 grādos pēc Kelvina. Tas uzsāka sacensību, lai atklātu materiālus, kas funkcionēja kā supravadītāji daudz augstākā temperatūrā.
Kopš desmitgadēm augstākā sasniegtā temperatūra bija aptuveni 133 grādi pēc Kelvina (lai gan, ja jūs lietotu paaugstinātu spiedienu, jūs varētu sasniegt 164 grādus pēc Kelvina). 2015. gada augustā žurnālā Nature publicētais raksts ziņoja par supravadītspējas atklāšanu 203 grādos pēc Kelvina temperatūras, kad tas ir pakļauts augstam spiedienam.
Supravadītāju pielietojumi
Supravadītājus izmanto dažādos nolūkos, bet īpaši lielos hadronu sadursmju veidos. Tuneļus, kas satur lādētu daļiņu staru, ieskauj caurules ar jaudīgiem supravadītājiem. Caur supravadītājiem plūstošās virsstrāvas ģenerē intensīvu magnētisko lauku caur elektromagnētiskā indukcija, ko var izmantot, lai paātrinātu un vadītu komandu pēc vēlēšanās.
Turklāt supravadītāji demonstrē Meisnera efekts kurā tie atceļ visu magnētisko plūsmu materiāla iekšpusē, kļūstot pilnīgi diamagnētiski (atklāts 1933. gadā). Šajā gadījumā magnētiskā lauka līnijas faktiski pārvietojas ap atdzesētu supravadītāju. Tieši šo supravadītāju īpašību bieži izmanto magnētiskās levitācijas eksperimentos, piemēram, kvantu bloķēšanā, kas redzama kvantu levitācijā. Citiem vārdiem sakot, ja Atpakaļ uz nākotni stila hoverboards kādreiz kļūst par realitāti. Mazliet ikdienišķā lietojumprogrammā supravadītājiem ir liela loma mūsdienu attīstībā magnētiskās levitācijas vilcieni, kas nodrošina jaudīgu iespēju ātrgaitas sabiedriskajam transportam, kura pamatā ir elektrība (kas var būt ko ražo, izmantojot atjaunojamo enerģiju) pretstatā neatjaunojamām pašreizējām iespējām, piemēram, lidmašīnām, automašīnām un akmeņoglēm vilcieni.
Rediģēja Anne Marie Helmenstine, Ph.