Despre supraconductivitate - scurt istoric (I)
Supraconductorii, materiale care nu prezintă rezistenţă la curgerea curentului electric, sunt printre ultimele provocări ale cercetării ştiinţifice. Nu numai că limitele supraconductivitatii nu au fost atinse, dar şi teoriile care explică comportamentul supraconductor sunt în mod constant reevaluate.
În 1911 supraconductivitatea a fost pentru prima data observată în mercur de catre fizicianul olandez Heike Kamelingh Onnes (vezi şi Istoria temperaturilor joase) de la Universitatea din Leiden. La vremea respectivă, câţiva oameni de ştiinţă, printre care şi William Thomson (cunoscut ca Lord Kelvin) credeau că la zero absolut electronii vor fi practic îngheţaţi, cu alte cuvinte rezistenţa devenind infinită. Alţii, printre care şi Kamelingh Onnes, au intuit că rezistenţa electrică a unui conductor va scădea cu temperatură şi eventual se va anula. Astfel prin răcirea mercurului la temperatura heliului lichid, 4.2 Kelvin respectiv -269 oC, el a observat dispariţia rezistenţei electrice. Mai târziu în 1913 el a câştigat premiul Nobel pentru “investigarea propietatilor materiei la temperaturi joase, care au dus, printre altele, şi la lichefierea heliului”.
Următorul pas în înţelegerea comportamentului materiei la temperaturi joase a fost făcut în 1933. Cercetătorii germani Walter Meissner şi Rober Ochsenfeld descopereau că un material supraconductor reflectă un câmp magnetic extern. Un magnet în mişcare în vecinătatea unui conductor electric va induce apariţia unui curent electric – acesta fiind principiul pe care funcţionează generatoarele electrice. Însă, într-un supraconductor curenţii induşi reflectă câmpul care altfel ar fi penetrat materialul supraconductor – cauzând respingerea magnetului. Acest fenomen e cunoscut ca diamagnetism puternic şi este de obicei numit “efectul Meissner”. Efectul Meissner e atât de puternic încât un magnet poate levita deasupra unui material supraconductor (vezi video).
În anii care au urmat alte metale şi aliaje supraconductoare au fost descoperite. În 1941 a fost observat faptul că Niobium-nitride ajunge în starea supraconductoare la 16K. În 1953 siliciu-vanadiu prezintă propietati supraconductoare la 17.5K, iar în 1962 oamenii de ştiinţă de la Westinghouse au dezvoltat primul fir supraconductor comercial, realizat din niobium şi titaniu (NbTi). Electromagneţi pentru acceleratoarele de particule de energie înaltă din cupru-clad niobiu-titaniu au fost dezvoltaţi în anii 60 la laboratorul Rutherford-Appleton din Marea Britanie, şi au fost folosiţi pentru prima dată în acceleratorul Tevatron de la Fermilab, din Statele Unite în 1987.
Prima înţelegere teoretică general acceptată a fost avansată în 1957 de către fizicienii americani John Bardeen, Leon Cooper şi John Schrieffer. Teoriile lor propuse individual au devenit ceea ce numim teoria BCS – de la iniţialele numelui de familie ale fiecăruia – şi au câştigat premiul Nobel în 1972. Această teorie complexă explică supraconductivitatea la temperaturi aproape de zero absolut pentru elemente şi aliaje simple. Cu toate acestea, la temperaturi mari şi sisteme supraconductoare diferite, teoria BCS devine insuficientă în a explica pe deplin cum survine supraconductivitatea.
O alt pas important făcut în înţelegerea teoretică a supraconductivitatii a fost făcut în 1962 când Brian D. Josephson, un doctorand la Universitatea din Cambridge, prezice faptul ca un curent electric va curge între doi supraconductori – chiar şi în situaţia în care între ei ar există un non-supraconductor sau un izolator. Predicţia lui este mai târziu confirmată şi câştigă Premiul Nobel pentru fizica în 1973 – al treilea premiul Nobel acordat pentru cercetarea din domeniul superconductorilor. Acest fenomen de tunelare este astăzi cunoscut că “efectul Josephson” şi este aplicat în dispozitive electronice precum SQUID, capabile să detecteze câmpuri magnetice foarte mici.
O să continui în articolul următor seria descoperirilor în domeniul supraconductivitatii din anii 80 până în prezent.
