Aplicatii ale Supraconductibilitatii

Fenomenul de supraconductibilitate consta in anularea rezistivitatii unor substante cand sunt racite sub o anumita temperatura de tranzitie TC , specifica fiecareia (rezistivitatea nu este anulata propriu-zis, dar ajunge la valori atat de mici-de ordinul 10-26 W × m-incat se considera neglijabila). Datorita anularii rezistivitatii, aceste substante, ce pot conduce in mod continuu electricitatea, fara pierderi, au fost denumite supraconductori. Pana in prezent se cunosc cateva sute de substante care pot deveni supraconductori, printre acestea figurand metale, aliaje, compusi intermetalici si unele combinatii de semiconductori.

Scurt istoric

Supraconductorii, materiale ce nu opun rezistenta la trecerea curentului electric, reprezinta una dintre ultimele provocari adresate fizicienilor. Aceasta nu doar datorita faptului ca numarul materialelor cu astfel de proprietati este intr-o continua crestere, dar si pentru ca descrierea teoretica a proprietatilor ce le caracterizeaza este intr-o continua schimbare.

Supraconductibilitatea a fost observata pentru prima data in 1911 de catre fizicianul olandez Heike Kamerlingh Onnes in timpul racirii mercurului la temperatura heliului lichid. A fost necesar ca Onnes sa atinga temperatura de 4.153 K pentru a observa fenomenul de supraconductibilitate. La doi ani dupa aceasta descoperire, in 1913, Onnes a obtinut Premiul Nobel pentru Fizica pentru cercetarile sale in acest domeniu.

Urmatoarea descoperire importanta relativ la comportarea materiei la temperaturi scazute a fost facuta in 1933,cand Walter Meissner si Robert Ochsenfeld au descoperit ca materialele supraconductoare resping un camp magnetic. In cazul unui supraconductor, curentul indus anuleaza campul magnetic care altfel ar fi penetrat materialul supraconductor - cauzand astfel o respingere a magnetului. Acest fenomen este cunoscut sub numele de "efect Meissner ".

In urmatoarele decenii au fost descoperite ca facand parte din clasa supraconductorilor si alte metale si aliaje. In anul 1942 a fost descoperit nitratul de niobiu cu o temperatura critica de aparitie a fazei supraconductoare de 16 K. In 1953 un aliaj vanadium-silicon a fost descoperit a fi supraconductor la 17.5 K. In anul 1962 cercetatorii de la Westinghouse au confectionat primul cablu supraconductor destinat comercierii pe baza unui aliaj de niobiu si titan.

Prima descriere teoretica a fenomenului de supraconductibilitate a fost data in anul 1957 de catre fizicienii americani John Bardeen, Leon Cooper si John Schrieffer. Teoria supraconductibilitatii devine cunoscuta sub numele de teoria BCS, in anul 1972 cei trei fizicieni obtinand Premiul Nobel pentru aceasta . Teoria BCS explica supraconductibilitatea la temperaturi joase, fiind o descriere exacta a fenomenului de supraconductibilitate a compusilor supraconductori clasici.

Anii '80 au reprezentat pentru fizica supraconductorilor o perioda foarte importanta. In 1964 Bill Little de la Universitatea din Stanford, USA, sugereaza posibilitatea obtinerii materialelor supraconductoare organice .Primul supraconductor din aceasta clasa a fost sintetizat in anul 1981. (TMTSF)2ClO4 devine supraconductor la temperatura de 1.2 K. Chiar daca la o asemenea temperatura posibilitatea folosirii lui in aplicatii practice este nula, acest compus dovedeste existenta de noi clase de materiale supraconductoare.

A urmat anul 1986, care a revolutionat domeniul supraconductibilitatii. Alex Müller si Georg Bednorz, cercetatori la IBM Research Laboratory in Rüschlikon, Elvetia, sintetizeaza primul compus ceramic supraconductor, a carui temperatura critica este superioara toturor limitelor atinse anterior: 35 K.. Compusul pe baza de Lantan, Bariu, Cupru si Oxigen sintetizat de catre Müller si Bednorz se comporta cu totul diferit fata de restul materialelor supraconductoare sintetizate pina in acel moment, teoria BCS nefiind valabila in cazul acestui compus.

Descoperirea lui Müller si Bednorz relanseaza cercetatori din toate laboratoarele lumii intr-o o cursa nebuna in sintetizarea de noi ceramici in speranta obtinerii unei temperaturi critice cat mai ridicate. In 1987 cercetatorii de la Universitatea din Houston si de la Universitatea Alabama-Huntsville substituie Yttrium in locul Lantanului din compusul obtinut de Müller si Bednorz si aduc granita temperaturilor critice la valoarea de 92 K. Pentru prima data temperatura critica a unui supraconductor era mai mare decit temperatura azotului lichid - o temperatura usor de obtinut in toate laboratoarele din lume.In 1993 o alta echipa de cercetare elvetiana a ridicat bariera temperaturilor critice pina la valoarea de 133 K pentru cazul unui compus pe baza de Mercur, Bariu, Calciu, Cupru si Oxigen.

In anul 1999 o alta echipa de cercetatori au descoperit proprietati asemanatoare in cazul unui compus pe baza de Rutheniu si Cupru la o temperatura de 45 K. Datorita structurii startificate, aceste materiale prezinta un potential imens in aplicatii legate de stocarea datelor in computere.