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Supraleiter
Renate Maas
Inhalt z z z z z z z z z
Geschichte Sprungtemperaturen BCS-Theorie Cooper-Paare Meißner-Ochsenfeld Effekt Supraleitende Oxide (YBa2Cu3O7-x) Organische Supraleiter Technische Anwendungen Qullenangabe
Geschichte 1911: Entdeckung der Supraleiter durch Onnes 1933: Meißner und Ochsenfeld entdecken den Meißner – Ochsenfeld - Effekt 1950: Fröhlich und Bardeen entwickelten unabhängig voneinander die Kernidee für die Supraleitung 1957: BCS-Theorie – Bardeen, Cooper, Schrieffer (1972 Nobelpreis) 1986: Müller und Bednorz entdeckten Hochtemperatursupraleiter (1987 Nobelpreis) 2005: erster Generator mit Hochtemperatursupraleiter in Betrieb gesetzt (Siemens AG in Nürnberg)
Sprungtemperaturen z
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Supraleiter sind Materialien, die beim Unterschreiten einer kritischen Temperatur Tc sprunghaft ihren Widerstand verlieren. Physiker waren sich sicher, dass die max. denkbare Sprungtemperatur bei etwa 30 K liegen muss.
BCS-Theorie z
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Kernidee von Fröhlich und Bardeen: Supraleitung beruht auf einer durch thermische Gitterschwingungen vermittelten Wechselwirkung der Elektronen untereinander Ausgehend von diesen Wechselwirkungen wurde die BCSTheorie vorgeschlagen Man betrachtet keine einzelnen Elektronen, sondern Elektronenpaare Diese Paarung bewirkt, dass die Elektronen verlustfrei durchs Gitter fließen
Cooper - Paare z z z z z
Paarweise Zusammenschlüsse von Elektronen im supraleitenden Zustand Schwingungsenergie des Gitters kleiner, als die Energie, die die Elektronenpaare zusammen hält Alle Cooper - Paare sind im gleichen Zustand Stimmen in allen physikalischen Größen überein Gesamtspin eines Cooper – Paares = 0 ÆBosonen
Meißner-Ochsenfeld-Effekt z
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Zeigten schon 1933, dass der supraleitende Zustand, die Eigenschaft besitzt, ein Magnetfeld immer aus seinem Inneren zu verdrängen Schwebender Magnet Wachsender Diamagnetismus ÆCooper - Paare
Supraleitende Oxide (YBa2Cu3O7-x) z z z z z
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Auch 123; YBCO; YBaCuO Keramisches Oxid Tc=90 K (kann mit fl. Stickstoff gekühlt werden) Kristallisiert in Perovskit Struktur Supraleitfähig nur orthorhombische Modifikation mit x<0,5 Supraleitende Eigenschaft abhängig vom O-Gehalt
Supraleitende Oxide (YBa2Cu3O7-x) z z z z
Y kann durch fast alle Seltenen Erdmetalle (außer Ce, Pr, Tb) ersetzt werden ÆTc um 90 K Magnetische Ionen (z.B. Gd) nicht störend Versuche Cu durch Zn, Fe, Co zu ersetzten Æ Verschlechterung der Sprungtemperatur Supraleitende Eigenschaften auf Bereiche beschränkt Æ Cu-O Schichten
Organische Supraleiter z z z z z z
Organische Verbindungen sind normalerweise Isolatoren Es gibt dennoch Verbindungen die metallische Leitfähigkeit zeigen 1964: W. A. Little: auch in org. Substanzen Bildung von Cooper – Paaren möglich Theoretische Sprungtemperaturen bis Tc=300 K möglich Ca. 15 Jahre später erster org. Supraleiter synthetisiert Æ(TMTSF)2PF6 Æ Tc= 1K (Druck von 6,5 kbar) Org. Supraleiter Æ Molekülkristalle
Organische Supraleiter
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TMTSF Æ Tetramethyltetraselenafulvalen
Technische Anwendungen z z z z z z z z
Kernresonanzspektroskopie (NMR) Magnetresonanztomographie Speicher- und Schaltelemente Kabel Motoren, Generatoren, Energiespeicher Magnetschwebebahn Teilchenbeschleuniger SQUID
Quellenangaben z z z z z z
www.wikipedia.org www.weltderphysik.de www.fkf.mpg.de www.nachlese.at Werner Buckel, Supraleitung Lothar Schuh, Keramische Supraleiter
