Mi h l R h t Michael Rehorst Marco Pototzki

Michael Rehorst
Mi
h l R h t
Marco Pototzki
Gliederungg
 Geschichte und Entwicklung
 Was ist Supraleitung?
p
g
 Sprungtemperatur
 Meißner‐Ochsenfeld‐Effekt
 BCS‐Theorie
BCS Th i
 Arten von Supraleitern
 Allgemeines
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 Hochtemperatursupraleiter
 Supraleitende Oxide (YBCO)
 Organische Supraleiter
O
i h S
l it
 Anwendungen
 Quellen
Geschichte und Entwicklungg
 1908 gelang es Heike Kamerlingh Onnes Helium zu verflüssigen, was 




der Forschung einen neuen Temperaturbereich erschloss (ca. 1K bi K) O
bis 10K); Onnes
b b ht t d Q
beobachtete, dass Quecksilber bei Temperaturen k ilb b i T
t
<4K den elektrischen Strom vollkommen verlustfrei und ohne sich zu erwärmen leitet
1933 Meißner und Ochsenfeld entdeckten den Meißner‐Ochsenfeld‐
Meißner und Ochsenfeld entdeckten den Meißner Ochsenfeld
Effekt
1957 Bardeen, Cooper und Schrieffer entwickeln die BCS‐Theorie (1972 Nobelpreis)
1986 entdeckten Müller und Berdnorz die Hochtemperatursupraleiter (1987 Nobelpreis)
2003 Die Russen Ginsburg und Abrikossow erhalten für die Forschung an Supraleitern 1. und 2. Art den Nobelpreis
2005 Der erste Generator mit Supraleitertechnologie wird in Betrieb g
genommen
Was ist Supraleitung?
Was
ist Supraleitung?
Sprungtemperatur
p g
p
 Als Sprungtemperatur (auch kritische Temperatur) bezeichnet man die p
Temperatur ab der ein Stoff seinen elektrischen Widerstand verliert.
Was ist Supraleitung?
Was
ist Supraleitung?
Meißner‐Ochsenfeld‐Effekt
 Beim Übergang in den supraleitenden Zustand werden infolge von Induktion durch die widerstandslosen Supraströme die Feldlinien eines äußeren Magnetfelds aus dem Innern (bis auf eine dünne Randschicht) herausgedrängt.  Dagegen zeigen Supraleiter 2. Art vollständige Feldverdrängung nur unterhalb einer unteren kritischen magnetischen Feldstärke und die kritischen magnetischen Feldstärke, und die Supraleitung bricht oberhalb einer oberen kritischen magnetischen Feldstärke zusammen
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.
Was ist Supraleitung?
Was
ist Supraleitung?
Meißner‐Ochsenfeld‐Effekt
Was ist Supraleitung?
Was
ist Supraleitung?
BCS‐Theorie
 Nach der BCS Theorie entsteht der supraleitende Effekt durch die Bildung von sogenannten Cooper‐Paaren
 Die Cooper Paare bestehen aus jeweils zwei freien Elektronen mit absolut identischen Spinquantenzahlen
 Die entstehende Abstoßung, die die beiden Elektronen Die entstehende Abstoßung die die beiden Elektronen aufeinander ausüben wird durch das nur noch langsam schwingende Kristallgitter aufgehoben, so dass die Elektronen wie auf einer Matratze in einer Kuhle zusammen rollen
 Dieser Mechanismus der Cooper‐Paar‐Bildung trifft nur auf die klassischen Tieftemperatursupraleiter zu. Bei den f di kl i h Ti f
l i B i d Hochtemperatursupraleitern ist der Mechanismus bis heute noch ungeklärt
g
Arten von Supraleitung
Arten
von Supraleitung
Allgemeines
g
 Tieftemperatursupraleiter
 Klassische Vertreter der Supraleiter (z. B. Hg, Nb, Pb)
Kl i h V t t d S
l it ( B H Nb Pb)
H
Hochtemperatursupraleiter
h
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 Supraleiter, die eine Sprungtemperatur von >23K haben ( B YB 2Cu
(z. B. YBa
C 3O7‐δ;T
TC = 93K)
K)
O
Organische Supraleiter
i h S
l i
 Supraleiter, die auf organischen Strukturen basieren
Arten von Supraleitern
Arten
von Supraleitern
Hochtemperatursupraleiter
p
p
 Hochtemperatursupraleitung (HTSL) wurde 1986 durch die Entdeckung supraleitfähiger Oxocuprate
im System La–Ba–Cu–O von Johannes Georg Bednorz und Karl Alexander Müller eingeläutet. U t
Untersuchungen an Jahn‐Teller‐verzerrten h
J h T ll
t Metalloxiden zeigten, dass Oxocuprate im Ve g e c u de b s e be a te Sup a e te
Vergleich zu den bisher bekannten Supraleitern deutlich höhere Übergangstemperaturen haben.
 YBa2Cu3O77‐δ δ (δ ≈ 0,05 – 0,65)
 TC = 93 K, eine Sprungtemperatur oberhalb des Siedepunktes von flüssigem Stickstoff
Arten von Supraleitern
Arten
von Supraleitern
Supraleitende Oxide (YBa
p
(
2Cu3O7‐δ
7 δ)
 YBCO, auch YBaCuO, ist die Abkürzung für einen di
Abkü
fü i
Hochtemperatur‐
S
Supraleiter, der aus den l it d d chemischen Elementen Yttrium Barium Kupfer Yttrium, Barium, Kupfer und Sauerstoff besteht und über eine Sprungtemperatur bei 93 K verfügt
Arten von Supraleitern
Arten
von Supraleitern
Supraleitende Oxide (YBa
p
(
2Cu3O7‐δ
7 δ)
Arten von Supraleiter
Arten
von Supraleiter
Organische Supraleiter
g
p
 1964 W. A. Little hatte die Idee, dass sich auch in org. Polymeren Cooper‐Paare ausbilden können
Polymeren Cooper
Paare ausbilden können
 Theoretische Sprungtemperaturen von TC = 300K
 1979 wurde der erste organische Supraleiter d d i h S
l i synthetisiert: (TMTSF)2PF6
(Tetramethyltetraselenfulvalen)  TC =1K (bei 6,5kbar)
Arten von Supraleiter
Arten
von Supraleiter
Organische Supraleiter
g
p
Anwendungen
g
 Kernresonanzspektroskopie
 Magnetresonanztomographie
M
hi
 Teilchenbeschleuniger
 Speicher‐ und Schaltelemente
 Kabel
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Quellen
 Werner Buckel – Supraleitung
 http://www.physik.tu‐
http://www physik tu





dresden.de/ifp/downloads/publications/wosnitza.2000.2v.
pdf
http://www.pi1.physik.uni‐
g
p p
stuttgart.de/research/Elektronen/TMTSF_d.php
http://max‐wissen.de/media/pdf/maxheft4863.pdf
http://www.weltderphysik.de
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http://www.mmch.uni‐kiel.de
http://de.wikipedia.org
p://de.
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