Süper-iletkenlik (ya da süper-iletken) olmamasıyla karakterize edilen bir olgudur elektrik direnci ve sürülmesi manyetik alan - Meissner etkisi - olarak bilinen bazı malzemeler içinde süper iletkenler .
Tarihsel olarak keşfedilen ilk süperiletkenlik ve genellikle geleneksel süperiletkenlik olarak anılır, mutlak sıfıra ( −273.15 °C ) yakın çok düşük sıcaklıklarda meydana gelir . Süper iletkenlik, özellikle elektriğin enerji kaybı olmadan taşınmasını mümkün kılar. Potansiyel uygulamaları stratejiktir.
Geleneksel süper iletkenlerde, atomlar ve serbest elektronlar arasında karmaşık etkileşimler meydana gelir ve Cooper çiftleri adı verilen bağlı elektron çiftlerinin ortaya çıkmasına neden olur . Süperiletkenliğin açıklaması , maddenin kuantum özellikleriyle yakından bağlantılıdır . Elektronlar da fermiyonlar , elektron çifti gibi davranan bozonlar arasında bir dönüş olarak adlandırılan 0 eşit tekli ve tek olarak "yoğunlaştırılmış" olan kuantum halde Cooper çiftleri süperakıskanda şeklinde.
Süperiletkenliğin benzer bir etkisi süperakışkanlıktır , herhangi bir direnç olmadan bir akışı karakterize eder, yani bu tür sıvıya maruz kalan küçük bir bozulma, tıpkı Cooper çiftlerinin bir süperiletkende dirençsiz hareket etmesiyle aynı şekilde .
Ayrıca, özellikleri BCS teorisi tarafından açıklanmayan, toplu olarak "geleneksel süper iletkenler" (geleneksel süperiletkenliğin adının aksine) olarak adlandırılan başka malzeme sınıfları da vardır . Özellikle, 1986'da keşfedilen kuprat sınıfı (veya "yüksek kritik sıcaklık süperiletkenleri"), geleneksel süperiletkenlerden çok daha yüksek sıcaklıklarda süperiletkenlik özellikleri sergiler. Bununla birlikte, dediğimiz fizikçiler "yüksek sıcaklık" kalıntıları son derece düşük yeryüzü sıcaklıklarda (yüksek, ya da kıyasla -140 ° C ), ancak azot sıvılaşma sıcaklığının üzerinde bazen. Büyük sıvı azot için 77 K . Önce oda sıcaklığında süper-iletken malzeme, bir hidrit ve karbon ve kükürt : 2020 yılında keşfedilmiştir T c = 287,7 ± 1.2 K (yaklaşık 15 ° C ), ancak bir alt basınç ve 267 ± 10 GPa (merkezinde yakın basınç Dünya).
Bu konu 1990'ların başından beri katı hal fiziğinde en çok çalışılan konulardan biri olmasına rağmen, 2010'da tek bir teori geleneksel olmayan süperiletkenlik fenomenini tatmin edici bir şekilde tanımlamıyor. Spin dalgalanmalar teorisi umut verici en biridir ve özelliklerinin çoğunu verir helyum 3 , ağır fermiyonlar ve cuprates çoğaltılamaz . Bu teoride eşleştirme, dönüş dalgalanmalarının değiş tokuş edilmesiyle yapılır, ancak henüz bir fikir birliği oluşturulmamıştır. Bu teori, demir bazlı süper iletkenlerin süper iletkenliğini açıklamaya da yardımcı olabilir.
Bu fenomen 1911'de Hollandalı fizikçi Heike Kamerlingh Onnes ve Gilles Holst , Cornelis Dorsman ve Gerit Flim'den oluşan ekibi tarafından keşfedildi . Kamerlingh Onnes, ilk kez 1908'de helyumu başarıyla sıvılaştırdı ve bu da, 1,5 K (-271.6 ° C) sıcaklıklara kadar fiziksel ölçümler yapmasını sağladı. Daha sonra, özellikle metallerin elektriksel direncinin ölçümü olmak üzere, çok düşük sıcaklıklarda maddenin özelliklerinin sistematik ölçümleri programını üstlendi. 8 Nisan 1911Elektriksel direnç (ya da bu takım önlemler elektrik direnci arasında) cıva kritik sıcaklığı olarak adlandırılan belirli bir sıcaklığın altında sıfır olur , T C cıva 4.2 K mertebesinde. Bu, bir süper iletken durumun ilk gözlemidir, ancak şu anda ideal bir iletkenle karıştırılabilir. Bir söylenti, keşfin değerini Gilles Holst'a (K. Onnes'in bir öğrencisi) atfediyor, ancak daha sonra keşfedilen ve bizzat Kamerlingh Onnes tarafından yazılan deneyim defteri, ikincisinin gerçekten o gün deneyimin komutasında olduğunu gösteriyor. kriyojenik yönleriyle ilgilenen bir Wheatstone Bridge , Cornelis Dorsman ve Gerit Flim ile elektrik direnci . Helyumun sıvılaştırılması ve sıvı helyumun kullanımı konusundaki tüm çalışmaları için Kamerlingh Onnes, 1913'te Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü .
Diğer birçok unsurları ile deneyler bazı süperiletkenlik ve diğerleri yok olduğunu göstermektedir: 1922 yılında, özellikle, kurşun at -266.15 ° C ; ve 1941'de 16 K'de niyobyum nitrür .
1933'te Meissner ve Ochsenfeld , süperiletken durumun ikinci özelliğini, manyetik alanı ittiği gerçeğini keşfettiler, bu fenomen Meissner etkisi olarak bilinir . In 1935 , kardeşler Fritz Meissner etkisi süper iletken akımı tarafından taşınan serbest enerji minimizasyonu bir sonucudur ve Heinz Londra gösteri olduğunu.
In 1950 kritik sıcaklık izotopik kütlesine bağlı olduğu görülmüştür.
Yine 1950'de Lev Landau ve Vitali Ginzburg tarafından Ginzburg-Landau fenomenolojik teorisi olarak adlandırılan bir teori geliştirildi . Bu teori, Schrödinger denklemini kullanarak süperiletkenlerin faz geçişlerine yakın makroskopik özelliklerini açıklar . Özellikle, Alexei Abrikosov , bu teori ile iki süperiletken kategorisinin (tip I ve II) varlığını tahmin edebileceğimizi gösteriyor. Abrikosov ve Ginzburg, bu çalışma için 2003 yılında Nobel Ödülü'nü alacaklar (Landau 1968'de öldü ).
Gelen 1957 , bir Hollanda kimyager ilk organik sentetik süper-iletken, ditetramethiltetraselenofulvalinehexafluorophosphate keşfettik .
1957'de John Bardeen , Leon Cooper ve John Schrieffer tarafından tam bir süperiletkenlik teorisi önerildi . BCS teorisi adı altında (baş harflerinden sonra) bilinen , süperiletkenliği elektron çiftlerinin (Cooper çiftleri) oluşumu ve ardından bozonlar oluşturması ve yoğuşmaya izin vermesiyle açıklar . Bu teoriye göre, elektronların eşleşmesi, fonon adı verilen ağın titreşimleriyle eşleşmelerinin neden olduğu, aralarındaki çekici etkileşim sayesinde gerçekleşir . Onların çalışmaları için, yazarlar alacak Nobel Fizik Ödülü de 1972 .
Gelen 1959 , Gorkov BCS teorisi iletkenlik görünüm için kritik sıcaklık civarında Ginzburg-Landau teoriye azaltılabilir göstermiştir.
Gelen 1962 , (ilk süper-iletken kablo , niyobyum-titanyum alaşımı ) Westinghouse tarafından pazarlanmıştır. Aynı yıl, Brian Josephson teorik olarak bir akımın iki süperiletkeni ayıran ince bir yalıtkandan akabileceğini öngördü. Kendi adını taşıyan bu fenomen ( Josephson etkisi ), SQUID'lerde kullanılmaktadır . Bu cihazlar h/e'nin çok hassas ölçümlerini yapmak ve kuantum Hall etkisi ile birlikte Planck sabiti h'yi ölçmek için kullanılır . Josephson, 1973'te Nobel Ödülü'nü alacak .
Gelen 1979 , Frank Steglich CeCu bir süper-iletken fazı varlığını teyit 2 Si 2, manyetik atomlardan oluşan ve elektronları o kadar ilişkili ki etkin kütleleri bazen serbest elektronun yüzlerce katına ulaşan bir malzeme . Bu özellikler geleneksel süperiletkenlerin özelliklerinden çok farklı olduğu için yeni bir sınıf oluşur: ağır fermiyonlar . Bu ailenin diğer malzemeler zaten çalışmaları sonucu tespit edilmiştir BT Matthias içinde 1960'larda , ancak bilimsel topluluk ikna etmeden.
Gelen 1986 , Johannes Bednorz ve Karl Müller de süperiletkenliği keşfettik -238,15 ° C de bakır yapı perovskit malzeme göre lanthanum ( Fizik Nobel 1987 ). Bu keşif, giderek daha yüksek kritik sıcaklıklara sahip malzeme arayışını canlandırıyor.
Bilim adamları çok hızlı bir şekilde bu malzemenin kritik sıcaklığının basınçla arttığını fark ettiler. Lantanumu itriyum ile değiştirerek , yani YBa 2 Cu 3 O 7 bileşiğini üreterek, kritik sıcaklık , sıvı nitrojen sıcaklığını ( 77 K ) aşarak -181.15 ° C'ye yükselir . Bu çok önemlidir çünkü sıvı nitrojen endüstriyel olarak düşük maliyetle üretilir ve hatta yerel olarak üretilebilir. Daha sonra birçok süper iletken kuprat üretilir, ancak bu süperiletkenliğin mekanizmaları keşfedilmeyi beklemektedir . Ne yazık ki bu malzemeler seramiktir ve kolay işlenemez. Ek olarak, güçlü manyetik alanlarda süper iletkenliklerini kolayca kaybederler ve bu nedenle uygulamalar çok gecikmiştir. Alan hassasiyetini azaltmak ve kritik sıcaklığı artırmak için araştırmalar devam ediyor. Sıvı nitrojen sıcaklığından sonra, ikinci ekonomik (ve psikolojik) eşik kuru buzunkidir , 195 K ( -78.5 ° C ).
31 Mayıs 2007, Fransız-Kanadalı bir fizikçi ekibi, Nature dergisinde , bir CNRS basın açıklamasına göre , bu materyaller hakkındaki anlayışımızı önemli ölçüde ilerletmeyi mümkün kılacak bir çalışma yayınlıyor .
Ocak 2008'de , Tokyo Teknoloji Enstitüsü'nden Profesör Hosono'nun ekibi, yeni bir süperiletken sınıfının varlığını bildirdi: oksijen bölgesinde flor ile katkılı pnictides ROFeAs tipi (R'nin nadir bir toprak olduğu). -245.15 °C maksimum kritik sıcaklık . Bu keşif, böylesine yüksek bir kritik sıcaklığa sahip bir süperiletkende demir bulunması nedeniyle şaşırtıcıdır. İçindeAğustos 2008Bu malzemelerin süperiletkenliğinde demirin önemli bir rol oynadığı konusunda bir fikir birliği var gibi görünüyor. Bilim camiasının bu keşifle ilgili coşkusunu gösteren yüzlerce eser yayınlandı. Belirli sayıda grup , R'nin manyetik olmayan bir nadir toprak olması durumunda -217,15 ° C mertebesinde bir maksimum kritik sıcaklık bildirir . SonMayıs 2008Münih Üniversitesi'nden Profesör Johrendt'in grubu Ba 0.6 K 0.4 Fe 2 As 2 bileşiğindeki süper iletkenliği rapor ediyorKritik sıcaklığı ile T c yaklaşık -235,15 ° C . Bu bileşik, LaOFeA'larınkine çok yakın bir kristalografik yapıya sahiptir. Bu keşif önemlidir çünkü oksijenin bu yeni süperiletken sınıfının süperiletkenlik mekanizmasında hiçbir rolü olmadığını gösterir. Kupratlarda olduğu gibi, manyetik özellikler söz konusu görünmektedir.
2014 yılında , 2009 yılında keşfedilen demir bazlı süperiletkenlerden biri olan FeSe, haberlere geri döndü. Düşük kritik sıcaklığı (yaklaşık 10 K) o zaman çok ilginç olarak görülmese de, SrTiO 3 substratı üzerinde ince bir tabaka (tek bir atomik kalınlıkta) büyüterek fark ediyoruz.100 K'dan daha büyük ve dolayısıyla diğer tüm demir bazlı süper iletkenlerinkinden daha yüksek bir kritik sıcaklığa ulaşırız. Bu keşif, ince film süper iletkenlerin yanı sıra karmaşık malzemelerin sentezinin yolunu açıyor.
2016 yılında kükürt hidritte 200 K'nin üzerinde kritik bir sıcaklık gözlendi . Görünüşte şans eseri olmasına rağmen, bu keşif aslında teorisyen Neil Ashcroft tarafından 1968 gibi erken bir tarihte geleneksel süperiletkenlik temelinde tahmin edildi . Ancak deney, 50 GPa'dan daha yüksek çok güçlü bir basıncın uygulanmasını gerektirdi .
Bir süper-iletken, kritik sıcaklık T altına kadar soğutulması ile bir malzemedir c , iki karakteristik özellikleri sergiler:
Tüm geleneksel süperiletkenlerde ortak olan bu özelliklerin varlığı, süperiletkenliği bir faz geçişinden kaynaklanan olarak tanımlamayı mümkün kılar . Süperiletkenlerin süperiletken duruma geçerken fiziksel özelliklerindeki varyasyonların incelenmesi, bunu doğrular ve süperiletken geçişin gerçek bir faz geçişi olduğunu belirler .
İçinden sınırlı bir akımın geçtiği bir süperiletkenin elektrik direncinin toplam yokluğu , açıkça onların en iyi bilinen özelliğidir ve ayrıca fenomene adını veren de budur. Teorik olarak, bu akımlar süresiz olarak akabilir. Uygulamada, akımlar 25 yıldan fazla bir süredir dolaşımdadır (4 Ağu 2020) süper iletken gravimetrelerde , bir çift süper iletken bobin tarafından oluşturulan manyetik alanda 4 g'lık bir küre havada yükselir.
Adını Meissner olayı, Walther Meissner eşliğinde keşfetti Robert Ochsenfeld içinde 1933 , bir maruz örnek olmasıdır dış manyetik alanın ne olursa olsun önceki durumuna ait, kritik sıcaklığının altında soğutulduğunda bunu ihraç etti.
Maxwell denklemlerine göre sıfır dirençli herhangi bir malzemede manyetik alan zamanla sabit kalmalıdır. Ancak Meissner etkisinin varlığı, süperiletkenliğin sadece sonsuz iletkenliğin varlığından ibaret olmadığını göstermektedir.
Deneysel olarak, Meissner etkisi, bir manyetik alan varlığında süper iletken bir numunenin kritik sıcaklığının altına soğutulmasıyla gösterilir. Böylece numunenin içindeki manyetik alanın sıfır olduğunu göstermek mümkündür, oysa varsayımsal mükemmel bir iletken için geçiş sırasında uygulanan manyetik alana eşit olmalıdır.
Not : Tip II olarak bilinen bazı süperiletkenler, sadece manyetik alanın düşük değerleri için Meissner etkisi gösterirken, süperiletkenler daha yüksek değerlerde kalır ( aşağıya bakınız ).
Tarafından geliştirilen bir teori Ginzburg ve Landau içinde 1950 sunmakta bir kompleks düzen parametresi ψ ( R ) ikinci derece faz geçişlerinin Landau teorisinin genel çerçevesinde süperiletkenliği karakterize. Bu parametrenin fiziksel önemi, süperiletken elektronların ( yani Cooper çiftlerini oluşturan elektronların) yoğunluğuyla orantılı olmasıdır . Teorinin başlangıç noktası, serbest enerji yoğunluğunun f s , süperiletken geçişe yakın bir dizi sipariş parametresine aşağıdaki biçimde geliştirilebileceğidir:
burada f n0 sıfır alanda normal halde serbest enerji yoğunluğu, bir bir vektör potansiyel ve B manyetik indüksiyon lokal yoğunluğudur.
İkinci ve üçüncü terimler | ψ | Şekil 2'de üçüncüsü, "süper iletken yük taşıyıcıları", kütle m * ve yük q * ile ilişkili değişmez kinetik enerji göstergesi ifadesi olarak görülebilirken , dördüncüsü basitçe manyetik enerji yoğunluğudur.
Süperiletken durumda, alan ve gradyanların yokluğunda , önceki denklem şöyle olur:
β mutlaka pozitiftir, çünkü aksi takdirde serbest enerji için küresel bir minimum olmazdı ve dolayısıyla hiçbir denge durumu olmazdı. Eğer a> 0 için, en az bir yer alır ψ = 0 : malzeme, normal durumundadır. Bu nedenle ilginç durum, α <0 olduğu durumdur . O zaman dengede, dolayısıyla:
Tip I süper iletken, tek bir kritik manyetik alana sahip bir süper iletkendir. Herhangi bir harici manyetik alanı itme özelliğine sahiptir ve kritik sıcaklığına ve kritik manyetik alanına bağlı olarak iki durumda bulunur, yani:
Tip II süper iletken, iki kritik manyetik alana sahip bir süper iletkendir. Sıcaklığına ve kritik manyetik alanlarına bağlı olarak birkaç durumda bulunabilir:
Bu teori, bir metalin elektronlarının çiftler halinde bağlanmasına dayanır: Cooper çiftleri . Eşleşmemiş elektronlarla, normal metalden daha düşük enerjili tek, tutarlı bir durum oluştururlar.
Sorun bu eşleştirmeyi Coulomb itişini hesaba katarak açıklamaktır . Basit bir nitel model, pozitif iyonların oluşturduğu kristal kafes ile etkileşime giren bir metaldeki elektronları dikkate almaktan oluşur . Bunlar elektronları çeker ve hafifçe hareket eder (pozitif iyonların büyük ataleti vardır ). Fizikçiler bu doğal atomik titreşimlere fonon adını verdiler. Elektronların ve fononların arasındaki bu etkileşim, kökeni olan özdirenç bir elektronun (10 çok hızlı geçişiyle çeken: süperiletkenlikteki 6 m / s iyonları hareket ve yerel bir elektriksel olarak pozitif bir bölge yaratmak).. Eylemsizlik göz önüne alındığında, bu bölge elektron geçerken devam eder ve Coulomb itmesine rağmen, bir fonon aracılığıyla bir öncekiyle eşleştirilmiş başka bir elektronu çekebilir. Termal ajitasyon, bu kırılgan dengeyi bozar, dolayısıyla sıcaklığın süperiletkenlik üzerindeki zararlı etkisi.
Cooper çiftlerinin bir özelliği, içsel manyetik momentlerinin ( spin olarak da adlandırılır ) sıfır olmasıdır. Gerçekten de, iki çift elektron aynı dönüşe sahiptir (1/2, fermiyonların karakteristik dönüşü ), ancak zıt işaretlidir. Bu, çiftin enerjisinin iki elektronun enerjilerinin toplamından daha az olması koşuludur. Daha sonra bir bozon gibi davranan bir bütün oluştururlar (Bose-Einstein istatistiğine uyan tüm spin parçacığı): çiftler herhangi bir dirençle karşılaşmadan hareket ederler, dolayısıyla süperiletkenlik.
Süperiletken durum ile normal durum arasındaki enerji farkına enerji boşluğu denir . Cooper çiftlerini kırarak süperiletken durumdan normal duruma geçmek için gereken enerjidir. Sıcaklık kritik sıcaklığa yaklaştığında bu enerji sıfıra doğru yönelir.
Elektron-fonon etkileşimi, elektronların eşleşmesi ve dolayısıyla süperiletkenlik için önemli bir rol oynar.
Bu teori, kritik yüksek sıcaklık süper iletken malzemelerin keşfinden önce tasarlandı. O zaman bir soru ortaya çıkıyor: yüksek T c süperiletkenler BCS teorisiyle çelişiyor mu? Teorisyenler bu konuda hemfikir değillerdir. Bazıları, elektronlar arasındaki eşleşmenin artık ağdan (dolayısıyla fononlardan) değil, diğer etkileşimlerden (elektronik, manyetik, her ikisi,…) kaynaklandığı görüşündedir. Diğerleri tamamen yeni modeller sunar. Konu hala açık...
Bazı fizikçiler, geleneksel süperiletkenleri BCS teorisi tarafından iyi tanımlanmış olanlar olarak tanımlarlar. Daha spesifik olan diğerleri, onları elektronlar ve fononlar arasındaki etkileşimi içeren bir Cooper çifti oluşum mekanizmasına sahip olarak tanımlar.
Yakın zamanda (2015), yüksek kritik sıcaklığa sahip (203 K veya -70 ° C), ancak bir milyon bar mertebesinde çok yüksek bir basınca sahip geleneksel süper iletkenler bulmayı başardık .
Geleneksel olmayan süperiletkenler (bazen "egzotik" veya "yeni süper iletkenler" olarak adlandırılır) genellikle laboratuvarda yapay olarak sentezlenen ve BCS teorisi ile tanımlanamayan veya süperiletkenliğin kökeni henüz teorik olarak anlaşılmayan malzemeleri ifade eder. Konvansiyonel süperiletkenlerden özellikle süperiletkenlikten sorumlu olan Cooper çiftleri olarak bilinen elektron çiftlerinin oluşumunun kökenindeki mekanizmada farklılık gösterirler.
Birkaç malzeme ailesi geleneksel olmayan olarak kabul edilir: ağır fermiyonlar , organik veya moleküler süperiletkenler ( Bechgaard tuzları ), kupratlar veya pniktürler . 2017'de, süper iletken bizmutun tek kristallerinin oda basıncında 0,53 mK'nin altında olduğu ve kritik bir manyetik alanın 5,2 mT ila -273,15 °C arasında olduğu tahmin edildi . Bizmutun süperiletkenliği BCS teorisi ile açıklanamaz çünkü adyabatik yaklaşım ona uygulanamaz ve düşük taşıyıcı yoğunluklu ve özel bant yapısına sahip malzemelerin süperiletkenliği problemini ortaya çıkarır .
Malzemelerin bazı aileleri alaşım veya metal, daha yüksek bir sıcaklıkta süperiletkenliği sergiler ama kökeni ile açıklanmaktadır BCS teorisi : fullerenesden (A, bir AnC60 Çeşidi alkali ), kritik sıcaklığı arasında 'yükselir de 33 K , veya magnezyum diborid MgB 2kritik sıcaklığı 39 K'ye yükselen . Bu nedenle, geleneksel olmayan süperiletkenlerin tam anlamıyla değiller, ancak yine de geleneksel süperiletkenlerden ayırt edilirler.
Bugüne kadar üzerinde en çok çalışılan geleneksel olmayan süperiletkenler , 1985 yılında Johannes Georg Bednorz ve Karl Alexander Müller tarafından keşfedilen kupratlardır . Bunlar, kritik sıcaklığı yaklaşık 35 K ( -238 ° C ) olan baryum, lantan ve bakırın karışık oksitlerinden oluşan seramik oksitlerdir . Bu sıcaklık, o sırada bilinen en yüksek kritik sıcaklıklardan ( -250,15 °C ) çok daha yüksekti ; bu yeni malzeme ailesine yüksek sıcaklık süperiletkeni deniyordu . Bednorz ve Müller alınan 1987 Fizik Nobel Ödülü buluşları için.
O zamandan beri, birçok başka yüksek sıcaklık süper iletkeni sentezlendi. 1987 gibi erken bir tarihte, sıvı nitrojen o zamana kadar kullanılması gereken helyum sıvısından çok daha ucuz olduğu için teknolojik uygulamalar için çok önemli olan nitrojenin kaynama noktası olan -196.15 °C'nin üzerinde süperiletkenliğe ulaşıldı . Örnek: YBa 2 Cu 3 O 7T C = -181,15 ° C .
Rekor kritik sıcaklık normal basınçta yaklaşık 133 K (-140 °C)'dir ve daha yüksek basınçlarda biraz daha yüksek sıcaklıklar elde edilebilir. Mevcut araştırma durumu, bir gün süper iletken kuprata dayalı bir malzemeyi oda sıcaklığında elde edip edemeyeceğimizi bilmeyi mümkün kılmıyor .
Aşırı akışkan helyumun ısıyı kayıpsız iletme özelliği benzer mekanizmalara atfedilmiştir; bir termal süperiletken olduğu söylenir .
İçinde haziran 2019, New York Üniversitesi'nden bir araştırma ekibi, yayın öncesi bilimsel dergi Arxiv'de "topolojik" adı verilen yeni bir süperiletkenlik biçimi keşfettiklerini açıkladıkları bir makale yayınlıyor . Teorinin bu yeni gelişimi, Majorana parçacıkları ile yakından ilişkilidir ve bilgi depolama olanakları ve bilgisayar ortamının hesaplama gücünde kayda değer bir ilerlemeye izin verebilir.
Süper iletken elektromıknatısların üretimi kesinlikle süperiletkenliğin en yaygın uygulamasıdır. Tarlalarda bulunurlar:
Bir süper iletken bobin , tersinir bir AC-DC dönüştürücü aracılığıyla ağa bağlanır. Bobin, enerjinin ½ L × I 2 şeklinde depolanmasını sağlayan doğrultucu tarafından sağlanır . Gerektiğinde (hat arızası) süper iletken bobinde depolanan enerji evirici üzerinden tekrar tesisata aktarılır. Fransa'da, en büyük prototipler (birkaç yüz kJ) , DGA ve Nexans gibi ortakların yardımıyla Institut Néel'in Yoğun Madde - Düşük Sıcaklıklar bölümünde Grenoble'da üretildi .
Süperiletkenlerin havaya yükselme özelliği, enerji depolamak için de kullanılabilir . Bu (tarafından kinetik enerjiyi döner akümülatörlerin olduğu volan İngilizce, volan ). Bu uygulamalarda, bir süperiletkenin üzerine levitasyonda bir mıknatıs çarkı yerleştirilir . Tekerlek (ideal olarak sürtünmeyi en aza indirmek için vakumda) bir motor (şarj aşaması) vasıtasıyla döndürülür. Tekerlek bir kez "yüklendiğinde", neredeyse hiç sürtünme olmadığından, enerjiyi çok az kayıpla dönme kinetik enerjisi biçiminde tutar. Tekerleği frenleyerek enerji geri kazanılabilir.
SMES ( Süper İletken Mıknatıs Enerji Depolama ) ve Volan bu nedenle geleneksel bir pilin yerini alabilecek iki teknolojik çözümdür , ancak kriyojenik sıcaklıkları korumak enerji yoğundur.
Amacıyla termonükleer füzyon kontrol elde etmek için: Tokamaklar veya Stellatörler hangi içinde toroidal panolar plazmalar sınırlıdır önemli ısılarda.
Süperiletkenlik, yüklü parçacıkların ışınını hızlandırmak için tasarlanan elektrik alanını depolamayı ve büyütmeyi mümkün kılan radyofrekans hızlandırıcı boşlukların imalatı için de kullanılır. 45 MV / m ( yüzeye yakın yaklaşık 100 MV / m ) mertebesinde hızlanan alanlar elde edebilmek için boşluğa bir radyofrekans dalgası enjekte edilmelidir . 10 10 ila 10 12 A / m 2 mertebesindeki akım yoğunlukları , boşluğun iç yüzeyinde dolaşarak duvarların ısınmasına neden olur. Normal bir iletkenle sürekli olarak bu kadar yüksek alanlar elde edemezdik: duvarlar erimeye başlardı. Radyofrekansta, bir süperiletkenin direnci kesinlikle sıfır değildir, ancak bakırınkinden yaklaşık 100.000 kat daha düşük kalır, bu nedenle bu teknolojinin boşlukları hızlandırmak için ana ilgisi. Ancak bu tek avantaj değildir: süper iletken boşlukların kullanılması, hızlandırıcının tasarımını ve elde edilen kirişlerin kalitesini de etkiler. Örneğin, daha açık şekilleri kirişin hizalanmasını kolaylaştırır; Bu, onlarca kilometre boyunca yapılması gerektiğinde, önemli bir argüman haline gelir.
Bir malzeme bir atom ağıdır. Atomlar yerine küçük süperiletken devreler kurarsak , sonuç, özellikleri şaşırtıcı olan bir Metamalzeme olur .
Üzerinde Ado Jorio tarafından yürütülen çalışmaların sonucunda ışığın saçılmasına (çeşitli malzemelerde Minas Gerais Federal Üniversitesi'nden içinde Belo Horizonte , Brezilya), süperiletkenlik benzeri davranışları ışık saçılması arasında olası bir bağlantı düşündürmektedir fotonlar ile gözlenmiştir, yoğun madde fiziği ve kuantum optiği . Bu durumda, elektronların " Cooper çiftleri " yerine, foton çiftleri gözlemlendi (oda sıcaklığında, ışık su da dahil olmak üzere bir dizi şeffaf sıvıdan geçtiğinde ). Bunları gözlemlemek zordur, ancak André Saraiva'ya göre bu sık görülen bir fenomen olacaktır. Bir foton titreşen maddenin atomlarına enerji kaybedebilir. İkinci bir foton bu titreşim enerjisi paketini hemen emerse, iki foton dolaylı olarak "bağlanır", biri diğerinin kaybettiği enerjiyi kazanır. Bu fenomenin süperiletkenlik ve sanal fononları ile paralellik derecesi henüz belirlenmemiştir. Ve fotonlar çevreleriyle elektronlardan çok daha az etkileştiğinden, bu fenomenin a priori olarak elektronların durumundan daha fazla ayrık etkileri olmalıdır; kısa sürede spekülasyonlara yol açtı. Gerçekten de, UFRJ'deki araştırmacılar tarafından kurulan matematiksel bir modele göre , fotonlar bu şekilde etkileşime girdiğinde, davranışları süperiletkenlerdeki Cooper çiftlerininkiyle aynıdır. Bu çiftlerin varlığına dair kanıtlar, su ve diğer yedi şeffaf sıvıdaki oda sıcaklığında lazer darbelerinin etkileri analiz edilerek elde edildi. Bu çiftler, şans eseri olabileceklerden on kat daha fazladır.
Geriye, deneyi yeniden üreterek ve kuantum optiğinde ve yoğun madde fiziğinde mevcut olan bilgilerle karşılaştırarak fenomeni doğrulamak kalıyor .
Teyit varsa , oda sıcaklığında ve örneğin sudan “ dolaşık ” fotonlar üretmek mümkün olacaktır . İkincisi, belki de belirli durumlarda ışığın belirli malzemelerden daha iyi geçmesine izin veren aşırı akımlar oluşturabilir (örneğin, geleceğin bilgisayarlarında daha verimli kuantum iletişiminin yararı için). Daha sonra belki de “bir malzemenin şu anda görünmeyen özelliklerini ortaya çıkarmak” ve çeşitli kullanımlar için (kuantum ve bilgisayar kriptografisi dahil) kullanılabilirler.