Mikä on suprajohde?
Suprajohteet ovat materiaaleja, jotka johtavat sähköä ilman vastusta. Tämä tarkoittaa, että toisin kuin tutummat johtimet, kuten kupari tai teräs, suprajohde voi johtaa virtaa loputtomiin menettämättä energiaa. Niillä on myös useita muita erittäin tärkeitä ominaisuuksia, kuten se, että suprajohteen sisällä ei voi olla magneettikenttää.

Suprajohteet ovat jo nyt muuttaneet rajusti lääketieteen maailmaa magneettiresonanssikuvauslaitteiden myötä, mikä on merkinnyt tutkimusleikkausten vähenemistä. Sähkölaitokset, elektroniikkayhtiöt, armeija, liikenne ja teoreettinen fysiikka ovat kaikki hyötyneet voimakkaasti näiden materiaalien keksimisestä.

Tänä päivänä suprajohteiden suurimmat menestyksekkäät sovellukset ovat edelleen tehokkaat sähkömagneetit, joita käytetään magneettiresonanssikuvausjärjestelmissä (magneettiresonanssikuvausjärjestelmät, MRI-järjestelmät) (tehtyjä magneettiresonanssikuvausmagneetteja on tehty yli 22 000) ja tutkimusmagneeteissa, sekä suurienergisissä fysiikkakokeissa käytettävät RF-kiihdyttimien ontelot.

Suprajohteiden lyhyt historia

Suprajohtavan materiaalin ensimmäinen löytö tapahtui vuonna 1911, kun hollantilainen tiedemies Heike Kammerlingh Onnes, joka oli myös ensimmäinen henkilö, joka nesteytti heliumia, saavutti jopa 1,7 kelvinin (K) lämpötilan.

Kaksi lähekkäin tehtyä, toisiinsa liittymätöntä löytöä aloittivat 1960-luvulla uuden aikakauden, jolloin kehitettiin ja kaupallistettiin käytännöllisiä suprajohtavia laitteita: toinen oli NbTi-suprajohteen paljastuminen, joka tarjosi ensimmäisen materiaalin suprajohtavan langan ja muotoiltujen komponenttien käytännölliseen valmistukseen; toinen oli Josephsonin liityntäliitos, joka tarjoaa edelleen perustan monille ainutlaatuisille elektroniikkalaitteille.

NbTi:n ja vastaavien materiaalien valtavasta menestyksestä huolimatta suprajohteiden laajempiakin sovelluksia on rajoittanut vaatimus jäähdyttämisestä erittäin alhaisiin lämpötiloihin (1,5 – 5K)nestemäisen heliumin avulla.

Vuoden 1986 lopulla IBM:n Zürichin laboratoriossa työskentelevät J. Georg Bednorz ja K. Alexander Müller löysivät ilmoituksen mukaan oksidimateriaalin, joka suprajohtavasti toimi 30K:ssa. Nämä kaksi tutkijaa saivat työstään Nobelin fysiikan palkinnon 1987. Sitten vuonna 1987 Paul Chu Houstonin yliopistossa löysi YBCO:n, josta tuli suprajohde jo 90 K:ssa. Koska 90 K voidaan saavuttaa käyttämällä nestemäistä typpeä, joka on yleinen teollinen jäähdytysaine, nämä löydöt avasivat ensimmäistä kertaa paljon laajemman laitevalikoiman mahdollisuudet. Seuraavien kuukausien aikana BSCCO:n ja TBCCO:n löytäminen nosti suprajohteiden siirtymälämpötilan 127 K:een.

Korkean lämpötilan suprajohteiden löytäminen herätti valtavaa kiinnostusta, ja näiden materiaalien ja niiden sovellusten tutkimukselle ja kaupalliselle kehittämiselle on syntynyt kokonainen teollisuus. Nykyään kehitetään valtavasti erilaisia laitteita sekä matalan että korkean lämpötilan suprajohteille.

Kansainvälinen kilpailu näistä materiaaleista on kovaa, ja nykyiset ponnistelut koskevat monia elektroniikka-, viestintä-, energia-, lääketieteellisen teknologian, kuljetus-, sotilas- ja materiaalinkäsittelyteollisuuden osa-alueita.