Zjawisko nadprzewodnictwa metali odkrył holenderski uczony Heike Kamerlingh- Onnes na początku XX wieku. Zajmował się badaniem zjawisk fizycznych w bardzo niskich temperaturach. Wsławił się tym, że jako pierwszy skroplił hel. Potem zabrał się za badanie oporu elektrycznego metali. Nie szukał po omacku. Od dawna wiadomo było, że wraz z obniżaniem się temperatury spada opór elektryczny. Zaobserwowali to 30 lat wcześniej polscy uczeni – Zygmunt Wróblewski i Karol Olszewski – w czasie prac nad skraplaniem powietrza. Jedni fizycy twierdzili, że przy zerze absolutnym opór elektryczny zniknie. Inni, że wręcz przeciwnie – elektrony zamarzną i opór wzrośnie.

Onnes był zwolennikiem tej pierwszej teorii i na początku badał, w jaki sposób zachowują się złoto i platyna. Ku jego niezadowoleniu, nie udało się zmniejszyć oporu elektrycznego do zera, co złożył na karb zanieczyszczeń próbek metali. Postanowił więc badać rtęć, którą znacznie łatwiej było oczyścić. I tu spotkało go zaskoczenie – opór elektryczny po obniżeniu temperatury do 4,19 kelwina spadał gwałtownie do zera. Onnes nazwał nowe zjawisko nadprzewodnictwem. Za swoje badania otrzymał w 1913 roku Nagrodę Nobla (przy czym jako główną zasługę komitet noblowski wymienił skroplenie helu). Onnes przewidział, że ołów i cyna również osiągają stan nadprzewodnictwa. Tak rozpoczęła się przygoda fizyków z tym przedziwnym zjawiskiem elektrycznym. Stopniowo odkrywano coraz to nowe nadprzewodniki: ołów, tal, selen, wanad, niob.

W 1933 roku niemiecki fizyk Fritz Walther Meissner odkrył, że nadprzewodniki wypychają ze swego wnętrza pole magnetyczne. Efekt służy czasem do demonstracji zjawiska lewitacji magnetycznej nadprzewodników nad magnesami, a także definiuje pojęcie nadprzewodnictwa: nadprzewodnikiem jest taki materiał, w którym poniżej pewnej temperatury zanika opór elektryczny i zachodzi efekt Meissnera. W połowie XX wieku udało się opracować spójną teorię nadprzewodnictwa, w myśl której elektrony w przewodniku łączą się w pary, a wówczas łatwiej jest im przelatywać między atomami. Wkrótce okazało się, że istnieją dwa rodzaje nadprzewodników, a pary elektronowe tłumaczą zjawisko tylko w przypadku pierwszego rodzaju. Jeśli chodzi o drugi rodzaj, to wiemy jedynie, że działa, ale jak – nie mamy nadal pojęcia.

CIEPŁO, CORAZ CIEPLEJ


Tymczasem ten drugi rodzaj nadprzewodników jest szczególnie ciekawy, bowiem nadprzewodnictwo zachodzi w nich w relatywnie wysokich temperaturach – powyżej 30 kelwinów. Pierwszy taki materiał powstał w 1986 roku i od tego czasu trwa wyścig, kto stworzy „cieplejszy”. Obecny rekord wynosi 138 kelwinów (minus 135,15 st. C). W przeciwieństwie do niskotemperaturowych nadprzewodników, nowe materiały nie są metalami, ale mieszaninami przypominającymi ceramikę. Rekordzista składa się z talu, miedzi, baru, wapnia, strontu i tlenu. Choć na pierwszy rzut oka owe minus 135 stopni Celsjusza to też straszliwe zimno, to jednak osiągnięcie takich temperatur jest znacznie prostsze.

Chłodziwem może być bowiem ciekły azot, a ten bardzo łatwo można wyprodukować, skraplając powietrze według technologii opracowanej w XIX wieku przez Wróblewskiego i Olszewskiego. Azot jest nie tylko wielokrotnie tańszy od ciekłego helu, to jeszcze nie istnieje ryzyko zatkania przewodów transportujących chłodziwo zamarzniętym powietrzem (!), jak miało to miejsce w przypadku aparatury stosowanej przez Onnesa. Odkrycie nadprzewodników wysokotemperaturowych stworzyło nadzieje na wielorakie zastosowania komercyjne. W laboratoriach na całym świecie trwa wyścig w poszukiwaniu materiału, który okaże się nadprzewodnikiem w temperaturze 273,15 kelwinów, czyli zera w skali Celsjusza.

ENERGIA (PRAWIE) BEZ STRAT