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Abb.1: Originalmesskurve, mit der 1911 das Phänomen der Supraleitung an Hg entdeckt wurde. Bei Abkühlung unter 4,2 K fällt der elektr. Widerstand unter die Messbarkeitsgrenze (damals ≈ 10 -5 Ω), aus Ref.[1] Abb. 10.1 Abb.2: magnetisches Verhalten eines idealen Leiters und eines Supraleiters im äußeren Magnetfeld B a , aus Ref. [1] Abb. 10.4 - 4 -
Dieses Modell führte zu einem weiteren Effekt dem Josephson-Effekt (1962). Josephson betrachtete zwei Supraleiter die durch eine dünne Isolierschicht getrennt waren und so eine Barriere für den Stromfluss bilden sollten. Die quantenmechanischen Wellenfunktionen der Cooperpaare können von beiden Seiten in diese Schicht „eindringen“ und können sich sogar, wenn die Schicht ausreichend dünn ist (ca. ein bis zwei nm), überlagern. Wenn man nun das Teilchenmodell betrachtet, bedeutet das, dass die Cooper-Paare diese Isolationsschicht durchtunneln können. Die beiden Supraleiter sind somit schwach gekoppelt „weak link“. Diesen Kontakt nennt man Josephson-Kontakt. Er verhält sich wie ein schwacher Supraleiter. Dieser Effekt ist zum Verständnis des <strong>SQUID</strong>`s von großer Bedeutung (siehe auch Kapitel 2.1.4.). Auch wurde versucht die Supraleitung bei technischen Anwendungen einzusetzen. Jedoch war es durch die Notwendigkeit, das Material erst durch Abkühlen auf die kritische Temperatur in den supraleitenden Zustand zu bringen, sehr aufwendig. Zum Beispiel war der Transport von hoher elektrischer Leistung über größere Entfernungen, vorstellbar. 1986 gelang J.G. Bednorz und K.A.Müller der Durchbruch auf dem Gebiet der so genannten Hochtemperatursupraleitung. Sie entdeckten, dass metallische, sauerstoffarme Kupferoxidverbindungen Sprungtemperaturen um 30 Kelvin zeigen. Andere Wissenschaftler konnten durch Erzeugung anderer spezieller Oxidkeramiken immer höhere Sprungtemperaturen (bis mehr als 100 Kelvin) erzeugen. Nun war das Abkühlen mit flüssigem Stickstoff möglich, der bei Atmosphärendruck eine Siedetemperatur von 77 Kelvin hat. Dies bedeutete, dass es nun technisch einfacher zu realisieren und viel kostengünstiger war ein Material in den supraleitenden Zustand zu bringen. Jedoch war eine Beschreibung der Hochtemperatursupraleitung HTS durch eine einheitliche Theorie bis heute noch nicht möglich, obwohl sie in den verschiedenen keramischen Materialien unterschiedlich erklärt werden kann. Der folgende Abschnitt befasst sich mit den wichtigen Eigenschaften der Supraleitung zum Verständnis des <strong>SQUID</strong>`s. 2.1.2 Hochtemperatursupraleiter Großtechnische Anwendungen der Supraleitung, insbesondere ihre Nutzung beim Transport hoher elektrischer Leistung über große Entfernungen wurden bisher durch das notwendige Abkühlen der Materialien unter die kritische Temperatur (T C ) verhindert. Im Allgemeinen liegen diese Temperaturen bei ca. 4,2 Kelvin, der Temperatur des flüssigen Heliums. Viel interessantere und auch kostengünstigere Lösungen lassen sich jedoch bei einer Kühlung auf 77 Kelvin ermöglichen. 77 Kelvin ist die Temperatur des flüssigen Stickstoffs, weshalb es seit Bestehen der Supraleitung ein Ziel ist, Materialien mit Sprungtemperaturen größer als 77 Kelvin , ja sogar möglichst nahe bei Zimmertemperatur zu finden. - 5 -
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