Supraleiter - IPHT Jena

100 Jahre Supraleitung
Hans-Georg Meyer,
Institut für Physikalische Hochtechnologie,
Albert-Einstein-Straße 9, Jena D-07749,
Öffentliche Samstagsvorlesung
Jena, den 29.01.2011

Gliederung
� Heike Kamerlingh-Onnes - Pionier der Supraleitung
� Vorgeschichte: Tiefe Temperaturen
� Supraleiter: überraschende Effekte
� Theorien und Geschichten
� Josephson und die Supraleiterelektronik
� Auf dem Weg zur „Hochtemperatur“-Supraleitung
� Technische Erschließung der Supraleitung

Entdeckung der Supraleitung am 9. Juni 1911
Supraleitungsübergang am
Quecksilber. Kurz über 4,2 K
auf einen unmessbar kleinen
Wert (Messung Kamerlingh-
Onnes und Holst)
Heike Kamerlingh-Onnes
und Diderik van der Waals
im Labor in Leiden
Kamerlingh-Onnes: “The experiment left no doubt
that ... the resistance disappeared. At the same time
something unexpected occurred. The
disappearance did not take place gradually but
abruptly [his underlining].''

Heike Kamerlingh-Onnes
Heike Kamerlingh-Onnes (1853 - 1926)
* 21. September 1853 in Groningen (NL)
1870, Physikstudium in Groningen
1871 bis 1873, Student bei Bunsen und Kirchhoff in Heidelberg
1878-1879, Doktorarbeit über neue Beweismethoden der
Erdrotation
1881, Veröffentlichung einer allgemeinen Theorie der
Flüssigkeiten
1882, Ernennung zum Professor für Experimentalphysik und
Meteorologie an der Universität Leiden, Aufbau des Kryolabors
1908, erste Verflüssigung von Helium
1911, Entdeckung der Supraleitfähigkeit
1913, Nobelpreis für Physik
† 21. Februar 1926 in Leiden

Gasverflüssigung - Schlüssel zu tiefen Temperaturen
Michael Faraday (1791 – 1867)
M. Faraday Verflüssigung von Gasen
1823 Chlorgas Cl 2: T S = - 34ºC (T S = 239,1 K)
1823 -1845
Schwefeldioxid SO 2: T S = - 10ºC (263,2 K)
Ammoniak NH 3: T S = - 33ºC
Schwefelwasserstoff H 2S: T S = - 60,2ºC
Stickstoffmonoxid NO: T S = - 152ºC (121,2 K)
Faradays Apparatur zur Verflüssigung von
Chlor, das erste Gas überhaupt, das
verflüssigt wurde. Chlorhydrat wurde in
einem V-förmigen Rohr eingeschlossen und
an einer Seite erwärmt, an der anderen
Seite in ein Kühlmittel getaucht.
Chlorhydrat, Cl 2(H 2O) 6, zerfällt bei etwa
10ºC in Chlor und Wasser.

Die „permanenten Gase“
„Permanente Gase“ (CO, O 2, N 2, H 2, He, …)
ließen sich Mitte 19. Jhd. nicht verflüssigen
1869 Thomas Andrews, kritische Temperatur für
Gasverflüssigung
1877 Paul Caillitet/ M. Raoul Pictet unabhängig
(20 Tage später)
Sauerstoff O 2, T S = - 182,2ºC (90,2 K)
1882 van der Waals, Zustandsgleichung für reale Gase
1883 Sigmund v. Wroblewski und Karol Olszewski
Stickstoff N 2, T S = - 195,8ºC (77,4 K)
1898 James Dewar (in Konkurrenz zu HKO)
Wasserstoff H 2, T S = - 252,9ºC (20,3 K)
1899 J. Dewar damals niedrigste Temperatur
fester Wasserstoff T S = - 259,1ºC (14 K)
Druck
Flüssigkeit
Koexistenz
Flüssigkeit
Dampf
Dampf
kritischer
Punkt
Volumen
T > T K
T K
T < T K
Isotherme nach Andrews. Abhängigkeit des
Drucks vom Volumen bei konstanter
Temperatur. Unterhalb der kritischen
Temperatur tritt ein Bereich auf, wo sich
Druck und Temperatur nicht mit dem Volumen
ändern. Hier koexistieren Gas und
Flüssigkeit; am linken Ende ist das
gesamte Gas verflüssigt.

Der Kampf ums flüssige Helium
1895 W. Ramsey weist Helium in Pechblende (Urainit) nach
nach 1899: J. Dewar wendet sich der He-Verflüssigung zu,
Problem: ausreichende Gasmengen
Konkurrenzsituation um 1900: Wroblewski verunfallt, Olszewski
fehlen finanzielle Ressourcen� Dewar versus Kamerlingh-Onnes
Dewar: aus Mineralwasser vonden Römischen Quellen in Bath
(Somerset), Probleme: Verunreinigungen, Querelen mit Ramsey
Kamerlingh-Onnes: aus Monazit, mit Hilfe seines Bruders
tonnenweise aus North Carolina importiert (Gasvorrat 360 l);
� systematisches Studium der Isothermen: T K ca. 6 K (T K ≈ 5 K)
�„großtechnisches Konzept“: große Mengen an LH 2 und LN 2 in
Leiden verfügbar
10. Juli 1908: He-Verflüssigung
Sir James Dewar, 1842 –1923)
Helium: leichtestes Gas, zuerst
entdeckt als Linie im
Sonnenspektrum (J.P.C. Janssen
und J.N. Locker, Sonnenfinsternis
1869 in Indien,
vom altgr. ἥλιος - hélios - die Sonne
Vorkommen: Öl- und Gasquellen,
radioaktive Mineralien (α-Teilchen)
Monazit: seltenes Mineral,
natürliches Phosphat aus Lanthan,
Cer, Neodym und weiteren Seltenen
Erden sowie u.a. Thorium (bis zu
20%), Gadolinium, Praseodymium
und Yttrium

Das „Großforschungszentrum“ Leiden
Heliumverflüssigungslabor in Leiden so wie es von Kamerlingh-Onnes konzipiert und für viele
Jahrzehnte betrieben wurde. Die Bereitstellung dieser Infrastruktur für die Grundlagenforschung ist einer
der wichtigsten Verdienste von Kamerlingh-Onnes und ein erster Schritt in Richtung big science.

1 Kelvin und was nun?
Matthiesen-
Vorhersage
Widerstand
Thomson-
Vorhersage
Drude-Lorentz-
Vorhersage
0 20 40
Absolute Temperatur [K]
Heinrich Matthiesen, 1864 : Der
elektrische Widerstand nähert sich
einem endlichen Wert.
William Thomson (später Lord
Kelvin), 1902 : Nach Durchlaufen
eines Minimums geht der Widerstand
gegen unendlich; die Elektronen
„frieren fest“.
James Dewar, 1904 : Der Widerstand
geht mit fallender Temperatur gegen
Null; die Elektronenausbreitung wird
nicht mehr durch Wärmebewegung
des Kristallgitters gestört.

Die Entdeckung der Supraleitung
Supraleitungsübergang in
Quecksilber. Kurz über 4,2 K
von 0,02 Ω auf einen
unmessbar kleinen Wert,
< 10 -6 Ω. Messung von Gilles
Holst (Mitarbeiter von HKO).
„Door meten tot weten.“
Heike Kamerlingh-Onnes (HKO)
mit LHe waren Temperaturen bis unter 1 K verfügbar
1892 Dewar: “… complete the examination of the change
of conductivity with diminished temperature for all the
metals in a state of the greatest chemical purity.”
hochreines Quecksilber (Hg) durch Mehrfachdestillation
9. Juni 1911,
Entdeckung der Supraleitung an Hg
(Nobelpreis 1913)
Kamerlingh-Onnes: “The experiment left no doubt that ...
the resistance disappeared. At the same time something
unexpected occurred. The disappearance did not take
place gradually but abruptly [his underlining].''

Kritisches Magnetfeld und kritischer Strom
Temperatur am Eintrittspunkt der Supraleitung heißt kritische Temperatur T C
1911 Kamerlingh-Onnes, Entdeckung weiterer Supraleiter: Zinn (T C = 3,7 K) und Blei (T C = 7,2 K)
1914 Kamerlingh-Onnes, Supraleitfähigkeit kann durch Anlegen eines Magnetfeldes (kritisches
Magnetfeld H C) oder durch einen Strom (kritischer Strom I C) zerstört werden
B 0
magnetische
Induktion BC normalleitend
supraleitend
B
�
Temperatur T C
C
B
0
� � T
�1-
�
�
��
�TC
�
�
�
�
2
�
�
��
Kritische magnetische Induktion als
Funktion der Temperatur definiert eine
Grenzkurve, die die supraleitende
Phase von der normal-leitenden trennt.
Der Verlauf ist nahezu parabolisch.

Dauerströme und „eingefrorener“ magnetischer Fluss
1914 Kamerlingh-Onnes, Entdeckung der Dauerströme
T > T C
B a ≠ 0
T < T C
B a ≠ 0
T < T C
B a � 0
Mit Hilfe eines äußeren Magnetfeldes kann in einen supraleitenden Ring ein Dauerstom
„eingefroren“ werden (auch: „eingefrorener“ magnetischer Fluss)

Der Meissner-Ochsenfeld Effekt
1933 Walter Meissner und Robert Ochsenfeld
entdecken in Berlin die fundamentale
Eigenschaft der Supraleiter, die Verdrängung
äußerer Magnetfelder (idealer Diamagnetismus)
Der supraleitende Zustand ist ein Zustand im
Sinne der Thermodynamik, der Übergang
zwischen Normalleitung und Supraleitung ist
reversibel!
SL
B
NL
SL
B a
NL
unabhängig von der Vorgeschichte ist
das Innere eines Supraleiters feldfrei
A
D
B
T
D C
C
A

Lambdapunkt und Thermodynamik
1932/34 W.H. Keesom und J.A. Kok, beim Übergang
in den supraleitenden Zustand tritt keine
Phasenumwandlungswärme (latente Wärme) auf,
die Wärmekapazität ändert sich sprunghaft
(Lambda-Punkt)
Kennzeichen für Phasenübergang 2. Art
1934 C. Gorter und H.B.G. Casimir,
Thermodynamische Theorie der Supraleitung
ΔS � S
ΔC
�
C
S
S
�S
N
� C
N
�
�
VB
μ
0
0
C
VT
μ
dB
dT
�
�B
��
C
C
2
d B
dT
C
2
�
� �
�
dB
dT
C
spezifische Wärme
C [mJ/mol�K]
�
�
�
2
�
�
��
4
3
2
1
0
0 0,5 1,0 2,5 2,0
Temperatur T [K]
B C(T)
Phillips, N.E., Phys. Rev. 114, 676(1959)
Aluminium
C S
SL
C N
ΔC
T C
NL
T

Fritz und Heinz London
1935 Fritz und Heinz London,
Elektromagnetische Theorie der Supraleitung
(bereits in Oxford)
Zwei-Flüssigkeits-Modell,
London-Eindringtiefe λ L, Abschirmstrom,
Erklärung des Meissner-Ochsenfeld-Effektes,
Flussquantisierung
�
jN
�
� σNE
�
jS
1 �
� E 2
μ0λL
�
rotjS
1
� �
μ λ
0
2
L
�
B
z
B �
a
x
Fritz London
1900 – 1954
e �
x
λ
L
Heinz London
1907 – 1970
Supraleiter
Elektrodynamische Begründung des Meissner-
Ochsenfeld-Effektes. Magnetische Felder
klingen im Supraleiter über die
Eindringtiefe λ L ab.

So viele Experimente, aber wie interpretieren?
1900 Paul Drude, erste Theorie der Metalle (Erklärung des Wiedemann-
Franz-Gesetzes)
1900 Max Planck Quantentheorie
1912 Peter Debye, Theorie der Kristallgitterschwingungen (Erklärung der
Dulong-Petitschen Regel)
bis in die 1920er Rolle der Metallelektronen unverstanden
1925 Wolfgang Pauli, Pauli-Prinzip
1925 Werner Heisenberg, Quantenmechanik
1926 Erwin Schrödinger, Schrödinger-Gleichung
1926 Enrico Fermi und Paul Dirac, Fermi-Dirac-Statistik (Pascual Jordan
1925), Fermi-Niveau („Fermi-See“)
1927 Arnold Sommerfeld, freies Elektronengas
1928 Felix Bloch, Bloch-Funktion
weiter im Dunklen: Supraleitungstheorie, ausgehend von ersten Prinzipien,
„Bloch-Theorem“: Any theory of sperconductivity must be false.
Petrus (Peter) J. W. Debye
1884 – 1966
Arnold J. W. Sommerfeld
1886 - 1951

Neue Theorie, neue Experimente
1950 V. L. Ginsburg und L. D. Landau, halbklassischphänomenologische
Theorie der Phasenübergangs 2. Art,
räumliche Variation der Dichte der Supraelektronen,
Kohärenzlänge
vereinheitlicht thermodynamische und elektrodynamische
Theorie
αψ �βψ
2
ψ �
1
2m
� � � �
� � � 2eA
�
� i �
1950 E. Maxwell und (unabhängig davon) Reynolds,
Serin, Wright und Nesbit Iosotopeneffekt: Die kritische
Temperatur hängt von der Isotopenmasse des
Supraleitermaterials ab.
Kristallgitter spielt wichtige Rolle beim
Zustandekommen der Supraleitung
(Elektron-Phonon-Wechselwirkung)
2
ψ � 0
Sprungtemperatur
log(T/TC) Vitaly L. Ginsburg
1914 – 2009
0,58
0,57
0,56
-M -1/2
Lew D. Landau
1908 – 1968
Zinn
2,06 2,08 2,10
Atommasse log(M/a.u.)

Supraleiter 1. und 2. Art
1936 L. V. Shubnikov, V. I. Khotkevich, G. D. Shepelev,
Yu. N. Ryabinin, Entdeckung der Supraleiter 2. Art
Shubnikov-Phase
1952/1957 A. A. Abrikosov, findet Lösung der Ginsburg-Landau-
Gleichungen mit negativer Oberflächenenergie magnetische
Flussschläuchen mit quantisiertem magnetischen Fluss in
einem regelmäßigen Gitter,
magnetische
Induktion BC B a
Shubnikov-
Phase
Normal-Phase
B c1
Meissner-Phase
B c2
Temperatur T
B �
a
Lev V. Shubnikov
1901-1937?
Alexei A. Abrikosov
* 1928

„Some radically new ideas required…“ (J.B.)
1950 Herbert Fröhlich, Elektron-Phonon-
Wechselwirkung ist der mikroskopischer
Mechanismus für das Zustandekommen der
Supraleitung, Vorhersage des Iostopeneffektes
1955 Leon Cooper, bei attraktiver Wechselwirkung
können sich stabile Elektronenpaare, sog.
Cooperpaare (Bosonen) bilden
Cooper-Paar, vereinfachtes Modell:
Anziehungskraft zwischen zwei
Elektronen, vermittelt durch eine
Verzerrung des Kristallgitters: Im
Kielwasser der vorbeifliegenden
Elektronen bildet sich eine positive
Ladungswolke.
Herbert Fröhlich
1905 – 1991

BCS
1957 John Bardeen, Leon Cooper, John Schrieffer,
mikroskopische Theorie der Supraleitung auf
Basis der Kondensation von Cooperpaaren,
Begründung und Vereinheitlichung aller bisherigen
phänomenologischen Theorien der Supraleitung
kritische Temperatur,
k
B
T
C
Energielücke
� 1,14�ω
D
B C T k 1,76
Δ(0)�
e
�
2
λD(E
F
)
Zustandsdichte
John Bardeen
1908 – 1991
D(E)
D(E F)
Leon N. Cooper John R. Schrieffer
* 1930
* 1931
Energie E F
2Δ(0)
Ein kleiner Teil der Elektronen
(10 -4 ) kondensiert zu Cooperpaaren.

Die Flussquantisierung
1950 Vorhersage Fritz London: Ladung e
1961 Nachweis Robert Doll und Martin Näbauer (zeitgleich und
unabhängig davon) Bascom S. Deaver, Jr. und William M.
Fairbank: Supraelektronen tragen die Ladung 2e!
eingefrorener Fluss
Φ [10 -15 Tm 2 ] L. Goodman, W.D. Willis, D.A. Vincent, B.S. Deaver, Phys. Rev. B 4, 1530 (1971)
6
4
2
0
-2
0 1 2
Magnetische Induktion B [µT]
� �
Φ � � B �df
�
Φ
Φ
B �
0
0
Σ
n �
h
2e
h
� � 2,068 nT � mm
2e
magnetisches
Flussquantum
Σ
2

Josephsoneffekte
1960 I. Giaver, Quasiteilchentunnelung durch eine Barriere
zwischen Normal- und Supraleiter, weist Energielücke nach
1962 Brain Josephson, quantenmechanischer Tunneleffekt
von Copperpaaren durch Isolatorbarrieren: Gleichstrom-
Josephsoneffekt
Grundlegung der Supraleiterelektronik
Josephsonkontakt = „Transistor“
1963 P. W. Anderson, J. M. Rowell, experimenteller
Nachweis des Gleichstrom-Josephsoneffektes
1963 S. Shapiro, indirekter experimenteller Nachweis des
Wechselstrom-Josephsoneffektes , Entstehung von
Shapirostufen
1965 I. K. Yanson, W. M. Svistunov, I. M. Dmitrenko und
unabhängig R. E. Eck, D. J. Scalapino, B. N. Taylor,
Langenberg, experimenteller Nachweis des Wechselstrom-
Josephsoneffektes, Messung der Mikrowellenabstrahlung
Querschnittspräparation
Dünnfilm-Josephsonkontakt
U
Φ
0
Brain D. Josephson
*1940
n
� n�
Φ
�
h
2e
0
�
Tunnelstrom
Grundlegung der Quantenmetrologie
�f,
n
�
0, 1, 2, ...
μV
2,608...
GHz

Ein wirklich dicker Fisch …
Strom I S
1964 R. C. Jaklevic, J. Lambe, A. H. Silver,
J. E. Mercerau Entdeckung des SQUID-Prinzips
(Supraleitender Quanteninterferenz Detektor),
Grundlegung Quantenmagnetometrie
B �
I 1
Magnetfeld B
I 2
Josephsonkontakte
I S
I S 2 ~ cos 2 (πΦ/Φ0)
Quanteninterferenz
am Sn-SnO-Sn-SQUID
Umgebungsfelder
Erdmagnetfeld
Urbanes
Rauschen
Auto in
50m Abstand
Schraubendreher
in
5m Abstand
Transistor,
IC in 2m Abstand
Transistor
(Chip) in
1m Abstand
μT
nT
pT
fT
10 -4
10 -5
10 -6
10 -7
10 -8
10 -9
10 -10
10 -11
10 -12
10 -13
10 -14
10 -15
Biomagnetische
Felder
Lungenpartikel
Herz
Muskeln
Fötusherz
Auge
Hirn,
α-Welle
Hirn
Antwortsignal
magnetische Induktion (Tesla)

Jenaer Meriten
1977 J. Richter, K. Blüthner, H.-J. Köhler, G. Albrecht,
erstes vollintegriertes Dünnschicht-SQUID
technologischer Durchbruch zur kommerziellen
Anwendung der Quantenmagnetometrie
um 1970 Zimmermann-SQUID, Niob-Vollmaterial
um 1975
Vollmaterial-Dünnschicht-Hybrid
1984 SQUID-Legendes UJ 111, FSU Jena
Vollintegriertes Dünnschicht-SQUID mit Bleischirm
2004 SQUID-Stromsensor,
Supracon AG Jena

Einzelflussquantenelektronik
1985 IBM (Yorktown Heights) stoppt das Programm
für den supraleitenden Supercomputer
positives Resultat: Niobtechnologie entwickelt
1985 K. K. Likharev, O. A. Mukhanov, V. K. Semenov
supraleitende Digitalelektronik auf der Basis von
magnetischen Flussquanten
Einzelflussquantenelektronik
Analogon zur Halbleiterelektronik: magnetische
Flussquanten anstatt elektrische Ladungen
h
ΔΦ = �
V(t)dt � Φ0
� � 2.07mV � ps
2e
Spannung [μV]
300
200
100
0
magnetisches
Flussquantum
0 20 40 60 80
Zeit [ps]

Supraleitende Supercomputer?
Energie pro Bit [J]
Heisenbergsche
Unschärferealtion
E=1.000ħ/Δt
Energie-Schaltzeit-Produkt
1p
100f
10f
1f
100a
10a
1a
0,1a
10 -27 Js
10 -30 Js
0,35µm
22nm
CMOS 250nm
90nm
35nm
SFQ *) 2µm
0.1p 1p 10p 100p 1n 10n
Schaltzeit [s]
thermisches Rauschen
E=1.000k BT (T=300K)
thermisches Rauschen
E=1.000k BT (T=4,2K)
Courtesy Th. Ortlepp, University of
California Berkeley
*) Single Flux Quantum
NSA Study on Superconducting
Technology Assessment, 2005

Erneut Goldgräberstimmung
CuO 2-Ebenen
CuO-Ketten
Keramisches Material YBa 2Cu 3O 7
mit komplexerer Einheitszelle.
Supraleitung in den CuO 2-Ebenen.
Y
Ba
Cu
O
Alex Müller
*1927
Georg Bednorz
*1950
1986 J. G. Berdnorz und K. A. Müller entdecken die
keramischen Supraleiter (LaBa-Cu-O-Systeme) mit
T C > 30 K
sog. Hochtemperatur-Supraleiter
Nobelpreis 1987
1987 Maw-Kuen Wu, … und Paul Chu entdecken
YBCO (YBa 2Cu 3O 7-x), Sprungtemperatur bei 92 K
1993 S. N. Putilin, E.V. Antipov, O. Chmaissem, M.
Marezio und A. Schilling, M. Cantoni, J. D. Guo, H. R.
Ott finden das Quecksilbersystem Hg-1223
(HgBa 2Ca 2Cu 3O 1+x ), Sprungtemperatur bei 133 K

Entdeckungsgeschichte der supraleitenden Materialien
Temperatur [Kelvin]
200
150
100
50
40
═
═
TlBaCaCuO
BiSrCaCuO
YBaCuO, 1987
HgBaCaCuO@30 GPa
RbCsC 60
HgTlBaCaCuO
HgBaCaCuO
Cs 3C 60@1,4 GPa
Kalenderjahr
MgB 2
FeAs
Mondnacht
flüssiger
Stickstoff
Plutooberfläche
LaBaCuO
30
flüssiges
BKBO YbPd2B2C Neon
Nb3Ge PuCoGa
20
5 flüssiger
Nb
NbN, 1941
3Sn, 1954
Wasserstoff
K
V 3C Li@33 GPa
60
CNT
3Si
CNT
PuRhGa3 10 Pb Nb,1930
CaC6 CeCu UBe13 UPd2Al3 CeColn YbC flüssiges
5
6
Hg
2Si2 UPt3 0
CNT diamond Helium
1900 1940 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
═
═
Courtesy of U.S. Department of Energy –
Basic Energy Sciences

Technische Anwendungen der Supraleitung
großtechnisch
magnetische Lager
Kabel
Magnete
Energiespeicher
Strombegrenzer
Energietechnik
Medizintechnik
SMES
Flywheel

Technische Anwendungen der Supraleitung
sensorisch/
elektronisch
Magnetometrie
Radiometrie
Kommunikation
Superrechner?
Medizintechnik
Geophysik
Röntgen
Terahertz
VIS/IR
Magnetik
Magnetotellurik
TEM
MIP
MASD
Gesteinsmag.
mag. Ortung

Supraleitende Drähte und Kabel
1962 Fa. Westinghouse, erste kommerziell
verfügbare Supraleiterdrähte auf Niob-Titan-Basis
2001 erste kommerzielle Anwendung von
supraleitenden Kabeln in einer Umformstation in
Detriot
2008 Nexans, American Superconductor
Corporation (AMSC), Air Liquide, erster Einsatz
eines HTSL-Kabels in einem kommerziellen
Stromnetz
138-kV-Stromverbindung,600 m lang , bis zu 574
MVA (300.000 Haushalte)
äußerer
Schutzmantel
HTS-Bandleiter
Kern
Hochspannungs-
Dielektrikum
HTS-Schirm
Cu-Schirm
Stabilisierung
flüssiger Stickstoff
innere
Kryostatenwand
äußere
Kryostatenwand
Holbrook substation on Long Island, New York

Supraleitende Drähte und Kabel
Vom Draht zum Kabel …
heliumdichter
Stahlmantel
40 mm Durchmesser
Helium-
Strömungskanal
Querschliff Nb 3Sn-Einzelleiters;
Durchmesser ca. 1 mm, mehr als
20.000 Nb 3Sn-Filamente in Cu-
Matrix, Fa. EAS GmbH, Hanau
isolierte
Unterstränge
1.000 verseilte Nb 3Sn
Einzelstränge
Die 112 t Versuchsanordnung
des KIT für den Test der
ITER-Toroidalfeld-Modell-
Spule (TFMC)
Kernfusionsprogramm ITER („der
Weg“)

Großtechnische Anwendungen der Supraleitung
1954 G. B. Yentma, erster supraleitender Magnet noch
mit Niobdraht, Felder bis 0,7 T
1960 S. Autler MIT, supraleitender 2,5 Tesla Magnet
900 MHz-NMR-Spektrometer der Fa. Bruker mit
supraleitenden 21 T Magneten
Ganzkörper-NMR-Tomograph der Fa. Siemens mit
supraleitendem 3-Tesla-Magnet
„Die Röhre“

Großtechnische Anwendungen der Supraleitung
2008 AMSC, erster supraleitender Motor (HTS)
für den Schiffsantrieb, 36.5 MW
Cu-Motor, 21 MW
150 U/min, 6,6 kV
180 t
HTS-Motor, 36,5 MW
120 U/min, 6,6 kV
< 75 t

The latest AMSC motor advance: 36.5 MW HTS Ship Propulsion Motor
Großtechnische Anwendungen der Supraleitung
LHC: supraleitender Dipolmagnet
1983 erster supraleitender Beschleunigerring am Fermi National
Accelerator Lab mit 774 Dipolmagneten zu je 6 m und 210
Quadrupolmagneten
Teilchenbeschleuniger mit supraleitenden Magneten, Large Hadron
Collider (LHC) in Cern
Supraleitender Magnetischer Energiespeicher SMES speichern
Energie in einem durch Gleichstrom in einer supraleitenden Spule
erzeugten Magnetfeld. System aus 10 NbTi-Spulen, Durchmesser 36
cm, Speichervolumen 420 kJ
LHC: Blick in den Ringtunnel

Messung biomagnetischer Felder
1963 G. M. Baule, R. McFee, erste Herzfeldmessung
(MKG) mit SQUID
1970/72 D. Cohen, E. A. Edelsack, J. E. Zimmerman, erste
SQUID-basierte MEG
nach 1985 Beginn der Entwicklung kommerzieller SQUID-
Multikanalsysteme für MEG und MKG
gemitteltes Fötus-MKG
Echtzeit Mutter- und Fötus-MKG
Bild Supracon AG Jena
Aufnahme eines fötalen MKG in
ungeschirmter Umgebung an der
Frauenklinik Jena

SQUID Archäometrie
2001 erste SQUID-basierte manuelle Bodenscanner
2005 motorisierte SQUID-Bodenscanner
SQUID-Bodenscanner im Einsatz
Neolithischer Doppelkreisgraben bei Wien.
Magnetogramm und Visualisierung an Hand
der Rekonstruktion eines ähnlichen
Erdwerkes.

Geologische Exploration Magnetogramm G ZZ
Potgietersrust, Südafrika
Fläche 6�7,5km 2
1975 J. E. Zimmermann, W. H. Campell erste
geomagnetische Messungen mit SQUID
1974 M. W. Wynn, C. P. Fram, P. J. Carroll, R. H. Clark, J.
Wellhorner, M. J. Wynn SQUID-basierte magnetische Ortung
um 1990 Beginn der Entwicklung kommerzieller
geophysikalischer SQUID-Messsysteme
SQUID Volltensorsystem des
IPHT Jena zur hochgenauen
tensoriellen Vermessung des
Erdmagnetfeldes
SQUID Gradiometer des
IPHT Jena
Magnetogramm
Rotationsinvariante I1
Courtesy of AngloAmerican
Skala
±3nT
Courtesy of AngloAmerican

Coole Sicherheit
Supraleitende Terahertz-Sicherheitskamera
Fixpunkt
„Thermometer“
T
T 0
Absorber
Isolation
Sensormodul und
Einzelpixel
Supraleitungsübergang
elektrisches
Kühlsystem
Sensor,
Temperaturauflösung
von 50mK
Objektiv,
Ortsauflösung 1,5cm

Ende
Supraleitung ist cool
Supraleitung ist hot