Supraleitung
Supraleiter sind Materialien, die bei tiefen Temperaturen ihre physikalischen Eigenschaften ändern: Im supraleitenden Zustand, unterhalb einer für das Material spezifischen Temperatur — der Sprungtemperatur — verschwindet der elektrische Widerstand. Dies ist ein quantenmechanischer Effekt.
Supraleitung wurde 1911 von Heike Kamerlingh Onnes an Quecksilber entdeckt, das bei 4.2 K (-269oC) supraleitend wird. Viele Metalle sind supraleitend aber normalerweise liegt die Sprungtemperatur unter -200oC, was bedeutet, dass die Materialien mit flüssigem Helium gekühlt werden müssen, um supraleitend zu werden.
Supraleiter und Magnetfelder: Im supraleitenden Zustand tritt der Meissner-Ochsenfeld-Effekt auf, d. h. im Innern des Materials wird ein äusseres Magnetfeld vollständig verdrängt. In einem äusseren Magnetfeld werden an der Oberfläche Magnetfelder durch Ströme aufgebaut, die das Magnetfeld kompensieren. Ein nicht zu starkes Magnetfeld dringt nur etwa 100 nm tief in das Material ein; diese dünne Schicht trägt die Abschirmströme. In einem sogenannten „harten“ Supraleiter dringt ein äusseres Magnetfeld partiell in den Supraleiter ein, was zur Folge hat, dass der Supraleiter in einer stabilen Lage über einem starken Magneten schwebt.
Supraleitende Materialien werden technisch in erster Linie für die Erzeugung extrem starker Magnetfelder eingesetzt, zum Beispiel in Kernfusionsanlagen, am Teilchenbeschleuniger LHC am CERN, an dem supraleitende Magnete die Strahlen lenken und fokussieren oder in der Medizin. Hier werden in der Magnetresonanztomographie (MRT) starke Magnetfelder für präzise medizinische Bildgebung benutzt. Weitere Anwendungsfelder sind Quantencomputer oder supraleitende Kabel zur verlustfreien Stromübertragung.
