Slide 1 - KU Leuven

Institute for
Nanoscale Physics and Chemistry
Zwevende trein
Nanodeeltjes voor hoog
efficiënte supergeleiders
Waarin verschillen Supergeleiders van Normale ?
Isolator
Geleider
-
+
vertrooiïng
van elektronen
Geen bewegende ladingen, grote
weerstand !
Wel bewegende ladingen, kleine
weerstand !
NUTTIG
Elektrische stroom door weerstand
warmte
Normale geleiders
10% van de energie
omgezet in warmte
VERLIES
Elektrische stroom door weerstand
warmte
Wat is een supergeleider?
Supergeleidende stroomkabel:
Geen verliezen
WEERSTAND = 0 Ohm
16
start v/d transitie
12
8
4
0
0
50
100
150
IFW - Dresden
200
T(K)
Tc
Tvoorwerp <
Tc
Hoe laag moet de temperatuur zijn voor SG ?
water
bevriest
koudste
plaats op
aarde
lucht wordt
vloeibaar
0°C = 273°K
- 90°C
- 200°C
Wat is een supergeleider?
Supergeleider
-
Levitatie
MEISSNER EFFECT
T > Tc
GEEN weerstand !
perfecte diamagneet
Supergeleidende trein: max 550 km/u
Hoge-snelheidstrein: 320 km/u
T Gewone
< Tc
Yamanashi zweeftrein
trein: 80-160 km/u
(Japan)
Uitstoten van een uitwendig
magneetveld in de
supergeleidende toestand
Voor wat gebruikt men diamagnetisme ?
Afstoting tussen
magneet en supergeleider
IFW - Dresden
Welke materialen zijn supergeleidend ?
Lage Tc
Gekende supergeleidende
elementen
YBa2Cu3O7 : TYPE IISupergeleider
c
Cu
b
O
a
Ba
Y
Cu(2)
O(3)
O(4)
O(2)
Tc < 20 K
Afkoelen met vloeibare Helium (4.2 K)
| a | = 0,386 nm
| b | = 0,392 nm
| c | = 1,184 nm
Hoge Tc Ingewikkelde kristallijne verbindingen
Tc rond 90 K !
Afkoelen met vloeibare stikstof (77K)
Cu(1)
O(1)
O(5)
Mechanisme van supergeleiding
COOPERPAREN
mechanisch analogon: elastisch membraan
= 2 elektronen die koppelen
koppeling maakt verstrooiïng onmogelijk
Cooperpaar visualisatie (elektron-fonon koppeling)
gebied met netto
positieve lading
Voorwaarden voor koppeling:
+
- rooster mag bijna geen
thermische trillingen hebben
- elektronen moeten vrij vast
zitten in kristalrooster
+
+
+
+
+
+
+
Cooperpaar
Goede geleiders zijn slechte supergeleiders
+
+
+
+
aangetrokken
tweede elektron
Mechanisme van supergeleiding
mechanisch analogon: elastisch membraan
Cooperpaar visualisatie (elektron-fonon koppeling)
Bardeen – Cooper - Schrieffer
Toepassingen
Supergeleidende magneten
ITER fusie reactor
MRI beeldvorming
Toepassingen
SQUID
Superconducting
Quantum
Interference
Device
MRI + SQUID
lokaliseert
hersenactiviteit
Vortices rondom ons
NASA
100-1000 km
Hechting van vortices in supergeleiders
10 µm
Vortex (wervel)
h n
SC
r
j
A. Tonomura
Pinning:
gebieden die het magneetveld
doorlaten in de supergeleider noemen
we vortices
Vortices lopen via defecten. Ze hebben dus een
vaste positie. Het kost hierdoor energie om de
magneet te verplaatsen.
T(°C)
Hechting van vortices in supergeleiders
Groene fase (Y2BaCuO5) in YBa2Cu3O7
Groei van het poeder in de smelt tot keramiek
Y2O3 + L
1300°C
211 + L
1100°C
C
D
A B
A
Y2O3
211
B
L
123
C
D
K. Rosseel
100 nm
defecten
Zwevende trein
DEMO
IFW - Dresden
Supergeleidende draad
NKT research