Príbeh o materiáloch, ktoré bez odporu vedú elektrický prúd, sa začal v roku 1911, keď holandský fyzik Heike Kamerlingh Onnes objavil supravodivosť ortuti. Technológie rozvíjajúce sa na základe jeho objavu skvalitnili život väčšine svetovej populácie a ustavične sa zdokonaľujú.
Autori: Michal Skarba, Marcela Pekarčíková, Fedor Gömöry / Quark
Na začiatku 20. storočia sa v laboratóriu v holandskom Leidene podarilo vedcom skvapalniť hélium a s teplotou pod 0,9 K sa dostali blízko k absolútnej nule.
Keď ochladzovali ortuť tekutým héliom, ukázala ručička prístroja na meranie odporu náhly pád na nulu. Tým pádom sa v roku 1911 začal príbeh, ktorý pokračoval o dva roky neskôr udelením Nobelovej ceny autorovi objavu supravodivosti – H. K. Onnesovi.
V súčasnosti už existujú tisícky supravodičov využívajúcich tento objav. V niektorých aplikáciách, ako sú napríklad výkonné magnety v medicínskej diagnostike, ide o materiály podieľajúce sa na záchrane životov.
Začalo sa to nulou
Ak vás zaujíma, aké skupiny supravodivých materiálov poznáme a aké je ich využitie, začneme od nuly – pripomenutím základných faktov o jave, pri ktorom elektrický odpor klesne úplne na nulu.
Prvý objavený supravodič mal to najjednoduchšie zloženie: išlo o čistú ortuť, teda chemický prvok. Náročné chladenie čistých prvkov však bolo značnou prekážkou praktického využitia supravodivého javu a tak sa začal intenzívny výskum supravodivých vlastností pokročilejších materiálov.
Supravodiče sme v orientačnom prehľade rozdelili do skupín podľa rastúcej zložitosti ich štruktúry. Komplikovanejšia štruktúra, a tým zvyčajne aj náročnejšia príprava, býva vyvážená zaujímavými vlastnosťami, napríklad rastúcou kritickou teplotou, a z toho vyplývajúcimi širšími možnosťami praktického využitia.
Niób nad zlato
Z prvkov zobrazených v periodickej tabuľke má po ochladení a za normálneho tlaku supravodivé vlastnosti len 31 z nich, teda približne tretina. Kritické teploty čistých prvkov sa pohybujú v blízkosti absolútnej nuly, od niekoľkých stotín kelvinov, až po maximálne 9 K pre niób.
To vyžaduje chladenie drahým tekutým héliom, ktorého cena v posledných dekádach neustále rastie.
Zaujímavosťou je, že pre prvky zo stredu periodickej tabuľky s najvyššou klasickou vodivosťou, ako sú meď, striebro a zlato, sa nenašli podmienky, za ktorých dokážu viesť prúd supravodivo. Keby sa teda v minulosti zaoberali supravodivosťou alchymisti, hľadali by opak kameňa mudrcov – uprednostnili by paradoxne premenu zlata na neušľachtilé kovy.
Na technické využitie supravodivosti sú v porovnaní s čistými prvkami oveľa zaujímavejšie kombinácie viacerých prvkov, najmä vo forme zliatin alebo chemických zlúčenín.
Celkový počet materiálov so supravodivými vlastnosťami sa v súčasnosti odhaduje na niekoľko tisíc. Zopár z nich si predstavíme – a budú medzi nimi aj materiály, pri ktorých by elektrickú vodivosť predtým nikto nečakal.
Kde sa dvaja zlejú
Prípravou zliatiny, respektíve chemickým zlúčením aspoň dvoch kovových alebo polokovových prvkov sa kritická teplota supravodičov v porovnaní s jednoduchým prvkom zvýši na niekoľko desiatok kelvinov.
