Oosthoek Encyclopedie

Oosthoek's Uitgevers Mij. N.V (1916-1925)

Gepubliceerd op 16-06-2020

supergeleiding (suprageleiding)

betekenis & definitie

v., het verschijnsel dat in sommige metalen en legeringen bij zeer lage temperatuur de elektrische weerstand geheel nul wordt.

(e) Het verschijnsel supergeleiding werd in 1911 ontdekt door G.Holst en H.Kamerlingh Onnes bij kwik en spoedig daarna ook bij lood en tin. De sprongtemperatuur (Xc) waarbij de overgang naar supergeleiding plaatsvindt, is scherp bepaald (voor kwik, lood en tin resp. 4,1 K, 7,3 K en en 3,7 K). Supergeleiding komt voor bij ruim de helft van de metalen en bij vele verbindingen en legeringen. Bepaalde metalen, o.a. koper, ijzer en zilver worden niet supergeleidend. Omdat de elektrische weerstand nul is kan een eenmaal opgewekte elektrische stroom in een supergeleidingscircuit onverzwakt blijven lopen (persisterende stroom). Binnen in een supergeleiding is ook het magneetveld geheel nul (→Meissner-effect).

Supergeleidingsstromen zijn altijd oppervlaktestromen. Wanneer het uitwendige magneetveld een kritische waardeHoverschrijdt (in de orde van 105A/m), wordt de supergeleiding tenietgedaan. Bij de temperatuur Tc is Hc = 0, voor T <TC neemt Hc toe met afnemende T.

Volgens een microscopische theorie blijken elektronen in een geleider op elkaar een aantrekkende kracht uit te oefenen via de roostertrillingen; bij voldoend lage termperatuur ontstaan elektronenparen, die zich gedragen als bosonen. De eerste elektronenparen vormen zich bij de sprongpunttemperatuur. Bij verdere daling van de temperatuur wordt een steeds grotere fractie van de elektronen in paren gekoppeld. De elektronenparen hebben, als bosonen, een sterke neiging om allemaal in dezelfde quantummechanische toestand te zijn, zodat de supergeleiding kan worden beschreven met een quantummechanische golffunctie die zich over macroscopische afstanden uitstrekt. Het quantummechanische karakter van de supergeleiding wordt gedemonstreerd door de magnetische fluxquantisering.

Een belangrijke ontwikkeling is de ontdekking van materialen met een hoge Tc en met een enigszins ander type van supergeleiding, zgn. supergeleiding van de tweede soort. Bij een temperatuur lager dan Tc vertonen deze materialen het volledige Meissner-effect tot een magneetveld Hcl; maakt men H groter dan Hcl, dan blijft de supergeleiding nog wel bestaan, maar het magneetveld dringt nu gedeeltelijk in het materiaal binnen. Pas bij een veldwaarde Hc2, vaak aanzienlijk hoger dan HcI, verdwijnt de supergeleiding geheel. Het binnendringen van het magneetveld voor Hci <H < Hc2 gebeurt niet gelijkmatig door de hele geleider, maar in dunne buisvormige gebiedjes die normaal worden, en die door een supergeleidingwervelstroom worden omgeven. Bij toenemende H neemt het aantal wervelingen toe, totdat tenslotte bij Hc2 het hele materiaal normaal wordt.

< >