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SupraleiterZoomA-Z

Fachgebiet - Physik

Supraleiter leiten, unterhalb einer bestimmten Temperatur, den elektrischen Strom widerstandslos. Dieses Phänomen tritt bei fast allen Metallen und an anderen Materialien bei sehr tiefen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt auf.

Die Temperatur, unterhalb der ein Stoff supraleitend wird, bezeichnet man als Sprungtemperatur, diese ist materialabhängig. Der elektrische Wiederstand wird hervorgerufen durch Wechselwirkungen der Elektronen im Kristallgitter mit Gitterfehlern und Gitterschwingungen sowie von Streuprozessen der Elektronen untereinander.

Unterhalb der Sprungtemperatur kommt es zur Kopplung der Elektronen (Fermionen) und es bilden sich sogenannte Cooper–Paare (bosonisches Paar) aus (BCS-Theorie). Im Allgemeinen werden Magnetische Feldlinien in Supraleitern bis auf eine dünne Schicht an der Oberfläche vollständig aus dem Inneren verdrängt (Diamagnetismus).

Supraleitende Spulen verwendet man vorwiegend zur energiesparenden Erzeugung von starken Magnetfeldern durch Elektromagnete. Derartige starke Magnetfelder werden benötigt in Teilchenbeschleunigern, NMR- oder MRT-Geräten (Magnetresonanztomografie). Man verwendet vorwiegend Nb3Sn (Sprungtemperatur: 18 K). Die Spulen müssen mit flüssigem Helium gekühlt werden, um sie supraleitend zu machen. Stoffe mit einer Sprungtemperatur über 77 K (Siedepunkt von Stickstoff) bezeichnet man als Hochtemperatursupraleiter.

Tab.1
Beispiele für supraleitende Materialien
Substanz Al Hg Pb Nb Nb3Sn Nb3Ge MgB2 YBa2Cu3O7-x; x ~ 0,2 HgBa2Ca2Cu3O8+x
Sprungtemperatur in K1,184,107,269,4618233993133