Supraleiter(Renate Maas)

Supraleiter
Renate Maas
Inhalt
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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
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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
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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
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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
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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)
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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)
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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
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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
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Kernresonanzspektroskopie
(NMR)
Magnetresonanztomographie
Speicher- und
Schaltelemente
Kabel
Motoren, Generatoren,
Energiespeicher
Magnetschwebebahn
Teilchenbeschleuniger
SQUID
Quellenangaben
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www.wikipedia.org
www.weltderphysik.de
www.fkf.mpg.de
www.nachlese.at
Werner Buckel, Supraleitung
Lothar Schuh, Keramische Supraleiter