A szupravezetés (vagy szupravezetés) olyan jelenség, amelyet az elektromos ellenállás hiánya és a mágneses tér kiűzése - a Meissner-effektus - jellemez bizonyos szupravezetőként ismert anyagokon belül .
Az első, történelmileg felfedezett szupravezetés, amelyet általában szupravezetésnek neveznek, nagyon alacsony hőmérsékleten, az abszolút nulla ( -273,15 ° C ) közelében fordul elő . A szupravezetés lehetővé teszi különösen a villamos energia szállítását energiaveszteség nélkül. Potenciális alkalmazásai stratégiai jelentőségűek.
A hagyományos szupravezetőkben az atomok és a szabad elektronok között bonyolult kölcsönhatások lépnek fel, amelyek összekapcsolt elektronpárok , úgynevezett Cooper-párok megjelenéséhez vezetnek . A szupravezetés magyarázata szorosan kapcsolódik az anyag kvantumjellemzőihez . Míg az elektronok fermionok , az elektronpárok úgy viselkednek, mint a 0-val egyenlő spin- bozonok, az úgynevezett szingulettek , és egyetlen kvantumállapotba "kondenzálódnak" , Cooper-párok szuperfolyadék formájában.
A szupravezetés hasonló hatása a szuperfolyékonyság , amely ellenállás nélküli áramlást jellemez, vagyis az ilyen típusú folyadéknak kitett kicsi zavar soha nem áll le, ugyanúgy, ahogy a Cooper-párok ellenállás nélkül mozognak egy szupravezetőben.
Vannak más anyagosztályok is, amelyeket együttesen "nem konvencionális szupravezetőknek" neveznek (szemben a hagyományos szupravezetés megnevezésével), amelyek tulajdonságait a BCS elmélet nem magyarázza . Különösen az 1986-ban felfedezett kupolák (vagy „magas kritikus hőmérsékletű szupravezetők”) osztálya mutat szupravezető tulajdonságokat jóval magasabb hőmérsékleteken, mint a hagyományos szupravezetők. Azonban, mi fizikusok hívás „magas hőmérséklet” továbbra is rendkívül alacsony, összehasonlítva a hőmérséklet a Föld felszínén (a maximum, vagy -140 ° C-on ), de néha fölött a hőmérséklet nitrogén cseppfolyósítás. A folyékony nitrogén a 77 K . Az első szupravezető anyag szobahőmérsékleten, egy hidrid a szén és a kén , fedezték fel 2020-ban: T c = 287,7 ± 1,2 K (körülbelül 15 ° C-on ), ennek azonban az a nyomás a 267 ± 10 GPa (közel nyomást a közepén a Föld).
Noha ez a tantárgy az 1990-es évek eleje óta a szilárdtestfizika egyik legtöbbet vizsgált tantárgya, 2010-ben egyetlen elmélet sem írja kielégítően a nem konvencionális szupravezetés jelenségét. A spin-ingadozások elmélete az egyik legígéretesebb és lehetővé teszi a hélium 3 , a nehéz fermionok és a kuprátok sok tulajdonságának reprodukcióját . Ebben az elméletben a párosítás a forgási ingadozások cseréjével történik, azonban konszenzust még nem sikerült kialakítani. Ez az elmélet segíthet a vasalapú szupravezetők szupravezetésének magyarázatában is.
A jelenséget Heike Kamerlingh Onnes holland fizikus és csapata Gilles Holstból, Cornelis Dorsmanból és Gerit Flimből állította fel 1911- ben . Kamerlingh Onnes először 1908-ban sikeresen cseppfolyósította a héliumot, ami lehetővé tette számára, hogy fizikai méréseket végezzen 1,5 K (-271,6 ° C) hőmérsékletig. Ezután vállalta az anyag tulajdonságainak szisztematikus mérési programját nagyon alacsony hőmérsékleten, különös tekintettel a fémek elektromos ellenállásának mérésére. A1911. április 8, A csapat intézkedéseket, hogy az elektromos ellenállás (vagy elektromos ellenállás ) a higany nullává válik egy bizonyos hőmérséklet alá az úgynevezett kritikus hőmérséklet T c , a sorrendben 4,2 K-higany. Ez a szupravezető állapot első megfigyelése, bár ebben az időben összekeverhető egy ideális vezetővel. Egy pletyka a felfedezés érdemét Gilles Holstnak (K. Onnes tanítványa) tulajdonítja, de a később felfedezett élményfüzet, amelyet maga Kamerlingh Onnes írt, azt mutatja, hogy ez utóbbi valóban aznap vezette az élményt, Gilles Holst mérett elektromos ellenállás a Wheatstone-híddal , Cornelis Dorsman és Gerit Flim, akik a kriogenika szempontjaival foglalkoznak. Kamerlingh Onnes a hélium cseppfolyósításával és a folyékony hélium használatával kapcsolatos összes munkájáért 1913 -ban fizikai Nobel-díjat kapott .
Kísérletek sok más eleme azt mutatja, hogy egyesek a szupravezetés és mások nem: 1922-ben különösen vezet át -266,15 ° C ; 1941-ben pedig nióbium- nitrid 16 K-nál.
1933-ban Meissner és Ochsenfeld felfedezték a szupravezető állapot második jellemzőjét, azt a tényt, hogy taszítja a mágneses teret, ezt a jelenséget Meissner-effektusnak nevezik . A 1935 , a testvérek Fritz és Heinz London mutatják, hogy a Meissner-effektus következménye minimalizálása a szabad energiát szállító szupravezető áram.
A 1950 -ben megállapították, hogy a kritikus hőmérséklet függ az izotópos tömeget.
A 1950 ismét egy olyan - úgynevezett Ginzburg-Landau fenomenológiai elmélet által kifejlesztett Lev Landau és Vitali Ginzburg . Ez az elmélet a szupravezetők fázisátmenetük közelében lévő makroszkopikus tulajdonságait magyarázza a Schrödinger-egyenlet felhasználásával . Alekszej Abrikosov különösen azt mutatja, hogy ezzel az elmélettel megjósolhatjuk a szupravezetők két kategóriájának létezését (I. és II. Típus). Abrikosov és Ginzburg 2003-ban megkapja a Nobel-díjat ezért a munkájáért (Landau 1968-ban hunyt el ).
A 1957 , egy holland kémikus felfedezte az első szerves szintetikus szupravezető, ditetramethiltetraselenofulvalinehexafluorophosphate .
A teljes elmélet szupravezetés javasoltak 1957 által Bardeen , Leon Cooper és John Schrieffer . A BCS elméletként ismert (kezdőbetűik után) a szupravezetést az elektronpárok (Cooper-párok) képződésével magyarázza, majd bozont képez, és lehetővé teszi a páralecsapódást. Ezen elmélet szerint az elektronok párosítása a köztük lévő vonzó interakciónak köszönhető, amelyet a fononoknak nevezett hálózat rezgéseivel való összekapcsolódás okoz . Munkáját, a szerzők megkapja a fizikai Nobel-díjat a 1972 .
A 1959 , Gorkov azt mutatta, hogy a BCS elmélet lehet csökkenteni a Ginzburg-Landau elmélet közelében a kritikus hőmérséklet a megjelenését szupravezetés.
A 1962 , az első szupravezető huzalok (a nióbium-titán ötvözet ) hozták forgalomba a Westinghouse. Ugyanebben az évben Brian Josephson elméletileg azt jósolja, hogy két szupravezetőt elválasztó vékony szigetelőn áram áramolhat. Ezt a nevet viselő jelenséget ( Josephson-effektus ) a SQUID-okban használják . Ezekkel az eszközökkel nagyon pontos h / e méréseket végeznek, és a kvantum Hall-effektussal kombinálva mérik a h Planck-állandót . Josephson 1973-ban megkapja a Nobel-díjat .
A 1979 , Frank Steglich jelenlétét igazolja a szupravezető fázis CeCu 2 Si 2, olyan anyag, amely mágneses atomokból áll, és amelynek elektronjai annyira korrelálnak, hogy effektív tömege időnként eléri a szabad elektron tömegének százszorosát . Ezek a jellemzők annyira eltérnek a hagyományos szupravezetők jellemzőitől, új osztály jön létre: nehéz fermionok . Ennek a családnak az egyéb anyagait a BT Matthias már az 1960-as években tanulmányozta, a tudományos közösség meggyőzése nélkül.
A 1986 , Johannes Bednorz és Karl Müller felfedezett szupravezetés -238,15 ° C a réz perovszkit szerkezeti anyagok alapján lantán ( fizikai Nobel-díjat 1987 ). Ez a felfedezés felélénkíti az egyre magasabb kritikus hőmérsékletű anyagok keresését.
Nagyon gyorsan a tudósok észreveszik, hogy ennek az anyagnak a kritikus hőmérséklete nyomással növekszik. Cseréjével a lantán és ittrium , azaz által vegyület előállítására YBa 2 Cu 3 O 7, a kritikus hőmérséklet -181,15 ° C-ra emelkedik , meghaladva a folyékony nitrogén hőmérsékletét ( 77 K ). Ez nagyon fontos, mert a folyékony nitrogént iparilag alacsony költségekkel állítják elő, sőt helyben is előállíthatók. Ezt követően sok szupravezető kuprát keletkezik, de ennek a szupravezetésnek a mechanizmusait még fel kell fedezni. Sajnos ezek az anyagok kerámiák, és nem lehet őket egyszerűen megmunkálni. Ezenkívül erős mágneses terek esetén könnyen elveszítik szupravezetésüket, ezért az alkalmazások már régóta esedékesek. A kutatások továbbra is csökkentik a terepi érzékenységet és a kritikus hőmérsékletet. A folyékony nitrogén hőmérséklete után a második gazdasági (és pszichológiai) küszöb a szárazjégé , 195 K ( –78,5 ° C ).
A 2007. május 31, egy francia-kanadai fizikuscsoport tanulmányt tesz közzé a Nature folyóiratban, amely a CNRS sajtóközleménye szerint jelentősen elősegítené ezen anyagok megértését.
Januárban 2008-as , a csapat professzor Hosono a Tokyo Institute of Technology jelentett, hogy létezik egy új osztályát szupravezetők: a pnictides ROFeAs típusa (ahol R egy ritkaföldfém) adalékolt fluor helyén az oxigént. A maximális kritikus hőmérsékletet -245,15 ° C . Ez a felfedezés meglepő, mivel egy ilyen magas kritikus hőmérsékletű szupravezetőben van vas. Ban ben2008. augusztus, úgy tűnik, hogy egyetértés van abban, hogy a vas főszerepet játszik ezen anyagok szupravezetésében. Több száz mű jelent meg, bemutatva a tudományos közösség lelkesedését e felfedezés iránt. Bizonyos csoportok maximális kritikus hőmérséklete -217,15 ° C nagyságrendű, ha R jelentése nem mágneses ritkaföldfém. Vége2008. május, a Müncheni Egyetem Johrendt professzorának csoportja a Ba 0,6 K 0,4 Fe 2 As 2 vegyület szupravezetéséről számol be, Melyek kritikus hőmérséklete T c körülbelül -235,15 ° C . Ennek a vegyületnek a kristálytani szerkezete nagyon közel áll a LaOFeA-k szerkezetéhez. Ez a felfedezés azért fontos, mert megmutatja, hogy az oxigénnek nincs szerepe a szupravezetők ezen új osztályának szupravezetési mechanizmusában. Úgy tűnik, hogy a mágneses tulajdonságok is szerepet játszanak benne, mint a kupolák esetében.
Az 2014 , az egyik a vas-alapú szupravezetők, hogy fedeztek fel 2009 , FESE, visszatért a híreket. Bár alacsony kritikus hőmérsékletét (kb. 10 K) akkor még nem tartották nagyon érdekesnek, rájövünk, hogy egy vékony (egyetlen atomvastagságú) réteg felnövekedésével az SrTiO 3 hordozón, 100 K-nál nagyobb és ennél magasabb kritikus hőmérsékletre jutunk, mint az összes többi vasalapú szupravezető hőmérséklete. Ez a felfedezés utat nyit a vékonyfilm-szupravezetők előtt, valamint a komplex anyagok szintézise előtt.
2016-ban 200 K feletti kritikus hőmérsékletet figyeltek meg a kén-hidridben . Bár nyilvánvalóan a véletlennek köszönhető, ezt a felfedezést Neil Ashcroft teoretikus már 1968-ban megjósolta, a hagyományos szupravezetés alapján. A kísérlethez azonban nagyon erős, 50 GPa- nál nagyobb nyomás bevezetésére volt szükség .
A szupravezető egy olyan anyag, amely, ha alá hűtjük egy kritikus hőmérséklet T c , mutat két jellemző tulajdonságokat, amelyek a következők:
Ezen jellemzők megléte, amelyek minden hagyományos szupravezetőnél közösek, lehetővé teszi a szupravezetés definiálását egy fázisátmenet eredményeként . A szupravezetők fizikai tulajdonságainak variációinak vizsgálata, amint azok a szupravezető állapotba kerülnek, megerősíti ezt, és megállapítja, hogy a szupravezető átmenet valódi fázisátmenet .
Egy szupravezető teljes ellenállásának hiánya, amelyen keresztül korlátozott áram folyik, nyilvánvalóan a legismertebb tulajdonságuk, ráadásul ez adta a nevét a jelenségnek. Elméletileg ezek az áramok korlátlanul áramolhatnak. A gyakorlatban az áramok már több mint 25 éve keringenek (2020. augusztus 4) szupravezető gravimétereken , ahol 4 g gömb lebeg a szupravezető tekercspár által létrehozott mágneses mezőben.
A Meissner-effektus elnevezett Walther Meissner , aki felfedezte, hogy a cég a Robert Ochsenfeld a 1933 , az a tény, hogy a mintában az egy külső mágneses mező kinyomja amikor alá hűl a kritikus hőmérséklete, függetlenül a korábbi állapotot.
Szerint a Maxwell-egyenletek , bármilyen anyagból nulla ellenállás, a mágneses mező időben változatlan marad. A Meissner-effektus megléte azonban azt mutatja, hogy a szupravezetés nem csak a végtelen vezetőképesség létezéséről szól.
Kísérletileg a Meissner-effektust úgy mutatják be, hogy a szupravezető mintát a kritikus hőmérséklete alá hűtjük mágneses mező jelenlétében. Ekkor megmutatható, hogy a mintában lévő mágneses tér nulla, míg egy hipotetikus tökéletes vezető esetében meg kell egyeznie az átmenet során alkalmazott mágneses térrel.
Megjegyzés : Egyes, II. Típusnak nevezett szupravezetők csak a mágneses mező alacsony értékeire mutatják a Meissner-hatást, míg a szupravezetők magasabb értékeken maradnak ( lásd alább ).
A Ginzburg és Landau által 1950-ben kifejlesztett elmélet Landau másodrendű fázisátmenetek elméletének általános keretei között egy complex ( r ) komplex sorrendparamétert vezetett be, amely a szupravezetést jellemzi. Ennek a paraméternek a fizikai jelentősége az, amely arányos a szupravezető elektronok ( azaz a Cooper-párokat alkotó elektronok) sűrűségével . Az elmélet kiindulópontja, hogy az f s szabad energiasűrűség a szupravezető átmenet közelében a sorrend paraméterének sorozatává fejleszthető a következő formában:
ahol f n0 a szabad energia sűrűsége normál állapotban nulla mezőben, A a vektorpotenciál és B a mágneses indukció helyi intenzitása.
A második és a harmadik tag a | ψ | másodrendű bővítése A 2. ábra szerint a harmadik a "szupravezető töltéshordozókhoz" kapcsolódó invariáns kinetikus energiamérő kifejezés, amelynek m * tömege és q * töltése van, míg a negyedik egyszerűen a mágneses energia sűrűsége.
Szupravezető állapotban, mező és gradiensek hiányában az előző egyenlet:
A β szükségszerűen pozitív, mert különben nem lenne globális minimum a szabad energiához, és ezért nem lenne egyensúlyi állapot. Ha α> 0 , akkor a minimum for = 0 esetén következik be : az anyag normál állapotban van. Az érdekes eset tehát az, ahol α <0 . Ekkor egyensúlyban vagyunk :
Az I. típusú szupravezető egyetlen kritikus mágneses térrel rendelkező szupravezető. Minden külső mágneses teret taszít, és a kritikus hőmérsékletétől és a kritikus mágneses mezőtől függően két állapotban található:
A II. Típusú szupravezető két kritikus mágneses mezővel rendelkező szupravezető. Hőmérsékletétől és kritikus mágneses terétől függően több állapotban is megtalálható:
Ez az elmélet a fém elektronjainak párosulásán alapul: a Cooper pár . Párosítatlan elektronokkal egyetlen, koherens, alacsonyabb energiájú állapotot alkotnak, mint a normál fémé.
A probléma az, hogy ezt a párosítást elmagyarázzuk, figyelembe véve a Coulomb-taszítást . Egy egyszerű kvalitatív modell abból áll, hogy egy fémben lévő elektronokat figyelembe veszik, amelyek kölcsönhatásba lépnek a pozitív ionok által alkotott kristályrácsgal . Ezek vonzzák az elektronokat és kissé mozognak (a pozitív ionok nagy tehetetlenséggel rendelkeznek ). A fizikusok a fononok nevét adták ezeknek a természetes atomrezgéseknek. Ez az elektronok és a fononok közötti kölcsönhatás az ellenállás és a szupravezetés eredetéből fakad: az elektron nagyon gyors áthaladása (10 6 m / s ) vonzza , az ionok elmozdulnak és lokálisan elektromosan pozitív zónát hoznak létre. Tekintettel a tehetetlenségre, ez a zóna addig tart, amíg az elektron elhalad, és vonzhat egy másik elektront, amely így egy fononon keresztül párosul az előzővel, annak ellenére, hogy a Coulomb taszította. A termikus keverés végül megsemmisíti ezt a törékeny egyensúlyt, ezért a hőmérséklet káros hatása a szupravezetésre.
A Cooper-párok sajátossága, hogy belső mágneses momentumuk (más néven spin ) nulla. Valóban, a két párosított elektronnak azonos a spinje (1/2, a fermionok jellegzetes spinje ), de ellentétes előjelűek. Ennek feltétele, hogy a pár energiája kisebb legyen, mint a két elektron energiájának összege. Ezután egy egységet alkot, amely úgy viselkedik, mint egy bozon (egész centrifugálás részecske engedelmeskedik a Bose-Einstein statisztika): a párokat nélkül mozoghat ütköznének ellenállást, így a szupravezetés.
A szupravezető állapot és a normál állapot közötti energia különbséget energiarésnek nevezzük . A szupravezető állapotból a normál állapotba való eljutáshoz szükséges energia a Cooper-párok megtörésével. Ez az energia nulla felé hajlik, amikor a hőmérséklet a kritikus hőmérséklet felé mutat.
Az elektron-fonon kölcsönhatás alapvető szerepet játszik az elektronok párosításában, ezért a szupravezetésben.
Ezt az elméletet a kritikus magas hőmérsékletű szupravezető anyagok felfedezése előtt dolgozták ki. Ekkor felmerül egy kérdés: ellentmondanak-e a magas T c szupravezetők a BCS elméletnek? Az elméleti szakemberek nem értenek egyet ebben a témában. Egyesek véleménye szerint az elektronok közötti összekapcsolódás már nem a hálózatnak (tehát a fononoknak) köszönhető, hanem más kölcsönhatásoknak (elektronikus, mágneses, mindkettő stb.). Mások teljesen új modelleket kínálnak. A téma továbbra is nyitva áll ...
Egyes fizikusok úgy definiálják a hagyományos szupravezetőket, mint amelyeket a BCS elmélet jól leír. Mások, pontosabban, Cooper-pár képződésének mechanizmusát definiálják, amely magában foglalja az elektronok és a fononok kölcsönhatását.
Nemrégiben (2015) sikerült olyan hagyományos szupravezetőket találnunk, amelyeknél magas a kritikus hőmérséklet (203 K vagy -70 ° C), de nagyon nagy, mintegy millió bar nyomáson .
A nem konvencionális szupravezetők (amelyeket néha "egzotikusnak" vagy "új szupravezetőknek" neveznek) a laboratóriumban gyakran mesterségesen szintetizált anyagokra utalnak, amelyeket a BCS elmélettel nem lehet leírni , vagy amelyeknek a szupravezetés eredete még elméletileg nem ismert. Különböznek a hagyományos szupravezetőktől, különösképpen a szupravezetésért felelős elektronpárok, az úgynevezett Cooper-párok kialakulásának eredetének mechanizmusában.
Számos anyagcsaládot tekintenek rendhagyónak: nehéz fermionok , szerves vagy molekuláris szupravezetők ( Bechgaard-sók ), kuprátok vagy pniktúrák . 2017-ben az egykristályok szupravezető bizmut kimutatták alább 0,53 mK szobahőmérsékleten nyomáson, egy kritikus mágneses mező becsült 5.2 mT hogy -273,15 ° C . A bizmut szupravezetõsége nem magyarázható a BCS elmélettel, mert az adiabatikus közelítés nem alkalmazható rá, és az alacsony vivõsûrûségû és sajátos sávszerkezetû anyagok szupravezetõségének problémáját állítja fel .
Bizonyos anyagcsaládok magasabb hőmérsékleten mutatnak szupravezetést, mint az ötvözetek vagy a fémek, de amelyek eredetét a BCS elmélet magyarázza : AnC60 típusú fullerének (ahol A jelentése alkáli ), amelyek kritikus hőmérséklete 33 K-ra emelkedik , vagy magnézium-diborid MgB 2amelynek kritikus hőmérséklete 39 K-ra emelkedik . Ezért nem a nem konvencionális szupravezetők szoros értelmében vettek, de mégis megkülönböztetik őket a hagyományos szupravezetőktől.
A legtöbbet tanulmányozott rendhagyó szupravezetők a mai napig kuprátokra által felfedezett Johannes Georg Bednorz és Karl Alexander Müller az 1985 . Ezek kerámia- oxidok, amelyek bárium, lantán és réz vegyes oxidjaiból állnak, kritikus hőmérséklete körülbelül 35 K ( -238 ° C ). Ez a hőmérséklet jóval magasabb volt, mint az akkor ismert legmagasabb kritikus hőmérséklet ( -250,15 ° C ); ezt az új anyagcsaládot magas hőmérsékletű szupravezetőnek nevezték . Bednorz és Müller kapott 1987 a fizikai Nobel-díjat a felfedezéséért.
Azóta számos más magas hőmérsékletű szupravezetőt szintetizáltak. Már 1987-ben elérték a szupravezetést –196,15 ° C felett , a nitrogén forráspontja felett , ami nagyon fontos a technológiai alkalmazások szempontjából, mivel a folyékony nitrogén sokkal olcsóbb, mint az addig használandó hélium . Példa: YBa 2 Cu 3 O 7T c = -181,15 ° C .
A rekord kritikus hőmérséklet normál nyomáson megközelítőleg 133 K (-140 ° C), ennél valamivel magasabb hőmérsékletet lehet elérni magasabb nyomáson. A kutatások jelenlegi állása nem teszi lehetővé annak megismerését, hogy egyszer képesek leszünk-e szobahőmérsékleten szupravezető cuprát alapú anyagot beszerezni .
A szuperfolyékony hélium hőveszteség nélküli tulajdonságát hasonló mechanizmusoknak tulajdonítják; állítólag termikus szupravezető .
Ban ben 2019. június, a New York-i Egyetem kutatócsoportja a publikáció előtti Arxiv tudományos folyóiratban megjelent egy cikket , amelyben bejelentik, hogy felfedezték a szupravezetés új formáját, amelyet topológiának hívnak. Az elmélet ezen új fejleménye szorosan kapcsolódik a Majorana részecskékhez , és jelentős előrelépést jelenthet az információ tárolásának lehetőségeiben és a számítógépes adathordozók számítási teljesítményében.
A szupravezető elektromágnesek előállítása minden bizonnyal a szupravezetés leggyakoribb alkalmazása. Ezek a mezőkön találhatók:
A szupravezető tekercs reverzibilis AC-DC átalakítón keresztül csatlakozik a hálózathoz. A tekercset az egyenirányító biztosítja, amely lehetővé teszi az energia ½ L × I 2 formában történő tárolását . Szükség esetén (hálózati hiba) a szupravezető tekercsben tárolt energiát az inverteren keresztül visszavezetik a létesítménybe. Franciaországban a legnagyobb prototípusokat (több száz kJ) Grenoble -ban, az Institut Néel kondenzált anyag - alacsony hőmérsékleti osztályán állították elő olyan partnerek segítségével, mint a DGA és a Nexans.
A szupravezetők levitációs tulajdonságai szintén felhasználhatók az energia tárolására . Ez a helyzet a forgó mozgási energia akkumulátorokkal ( lendkerékkel , angolul lendkerékkel ). Ezekben az alkalmazásokban a mágneses kereket levitációban helyezik el a szupravezető felett. A kereket egy motor (ideális esetben vákuumban, a súrlódás minimalizálása érdekében) forgatja el (töltési fázis). Miután a kerék „megterhelt”, az energiát forgási mozgási energia formájában tartja meg, kis veszteséggel, mivel szinte nincs súrlódás. Az energia a kerék fékezésével nyerhető vissza.
A SMES ( szupravezető mágneses energiatároló ) és a lendkerék tehát két olyan technológiai megoldás, amelyek helyettesíthetik a hagyományos elemeket , bár a kriogén hőmérséklet fenntartása energiaigényes.
Az ellenőrzött termonukleáris fúzió elérése érdekében: a tokamakok vagy a sztellarátorok toroid kamrák, amelyekben a plazmák jelentős nyomáson és hőmérsékleten vannak bezárva .
A szupravezetést rádiófrekvenciát gyorsító üregek előállítására is használják, amelyek lehetővé teszik a töltött részecskék sugárjának felgyorsítására szánt elektromos mező tárolását és felerősítését. Ahhoz, hogy 45 MV / m nagyságrendű ( a felület közelében közel 100 MV / m ) gyorsuló mezőt nyerhessünk , rádiófrekvenciás hullámot kell injektálni az üregbe. Jelenlegi sűrűsége nagyságrendileg 10 10 hogy 10 12- A / m 2 keringenek a belső felülete az üreg, ami a falak felmelegszik. Ilyen magas mezőket normál vezetővel nem tudtunk folyamatosan elérni: a falak olvadni kezdenek. Rádiófrekvenciában a szupravezető ellenállása nem szigorúan nulla, de körülbelül 100 000-szer alacsonyabb, mint a rézé, ezért ennek a technológiának a fő érdeke az üregek felgyorsítása. De nem ez az egyetlen előny: a szupravezető üregek használata befolyásolja a gázpedál kialakítását és a kapott gerendák minőségét is. Például nyitottabb formájuk megkönnyíti a gerenda igazítását; amikor ezt több tíz kilométeren keresztül kell megtenni, ez jelentős érv lesz.
Az anyag az atomok hálózata. Ha atomok helyett kis szupravezető áramköröket kötünk össze, akkor a végeredmény egy Metamaterial , amelynek tulajdonságai meglepőek.
Ennek eredményeként a munka által végzett Ado JORIO a szétszórt fény különböző anyagok (a Federal University of Minas Gerais a Belo Horizonte , Brazília), a szupravezetés viselkedést figyeltek meg fotonok, ami arra utal, lehetséges kapcsolatot fényszórás, sűrített anyagfizika és kvantumoptika . Ebben az esetben a " Cooper- elektronpárok " helyett fotonpárokat figyeltünk meg (szobahőmérsékleten, amikor a fény átlátszó folyadéktartományon halad át, beleértve a vizet is ). Nehéz megfigyelni őket, de André Saraiva szerint ez gyakori jelenség lenne. A foton elveszítheti energiáját az anyag atomjai számára, amelyek rezegnek. Ha egy második foton azonnal elnyeli ezt a rezgésenergia-csomagot, a két foton közvetve "összekapcsolódik", egyikük a másik által elveszített energiát nyeri el. Ennek a jelenségnek a szupravezetéssel és virtuális fononjaival való párhuzamosságának mértékét még meg kell állapítani. És mivel a fotonok sokkal kevésbé lépnek kölcsönhatásba a környezetükkel, mint az elektronok, ennek a jelenségnek eleve több diszkrét hatással kell rendelkeznie, mint az elektronok esetében; gyorsan spekulációkra adott okot. Valójában az UFRJ kutatói által létrehozott matematikai modell szerint, amikor a fotonok ilyen interakcióban vannak, viselkedésük azonos lenne a szupravezetők Cooper-párjaival. Ezeknek a pároknak a létezésére bizonyítékot kaptunk a lézerimpulzusok szobahőmérsékleten történő hatásának elemzésével vízben és további hét átlátszó folyadékban. Ezek a párok tízszer nagyobbak, mint ami a puszta véletlennek köszönhető.
Meg kell erősíteni a jelenséget a kísérlet reprodukálásával és összehasonlításával a kvantumoptikában és a sűrített anyagfizikában rendelkezésre álló ismeretekkel .
Ha van megerősítés, lehetővé válik „ összefonódott ” fotonok előállítása szobahőmérsékleten, például vízből. Ez utóbbi bizonyos körülmények között túláramokat képezhet, amelyek lehetővé teszik, hogy a fény jobban áthaladjon bizonyos anyagokon (például a hatékonyabb kvantumkommunikáció érdekében a jövő számítógépein). Ezután talán felhasználhatók „egy anyag jelenleg láthatatlan tulajdonságainak feltárására” és különféle felhasználásokra (ideértve a kvantumot és a számítógépes titkosítást is).