Supergeleiding

Onderwerp: Elektrische stroom, Overige onderwerpen

Remco Nabuurs en Tom Vervoort

Supergeleiding is het verschijnsel, dat een materiaal onder een bepaalde sprongtemperatuur Tc zijn elektrische weerstand verliest. De meeste supergeleiders zijn metalen of intermetallische verbindingen. Zij worden supergeleidend bij temperaturen onder 10 K. Sinds 1986 zijn echter bepaalde keramische verbindingen gevonden, die bij veel hogere temperaturen supergeleidend worden, zelfs hoger dan de temperatuur van vloeibare stikstof (77 K). Dit zijn de zogenaamde hoog-temperatuur supergeleiders.

In figuur is de definitie van de sprongtemperatuur te zien. De weerstand is hier uitgezet tegen de temperatuur.

Door een lijn door het overgangsgebied te trekken en het snijpunt van deze lijn met de temperatuur-as te nemen, kan de sprongtemperatuur worden gevonden.

Remco en Tom hebben de weerstand van de hoog-temperatuur supergeleider YBa2Cu3O7-x als functie van de temperatuur bepaald. Bij de meeste metingen van elektrische weerstanden worden twee draden vastgemaakt aan een weerstand (tweepuntsmeting). Deze draden worden zowel gebruikt om de stroom door te voeren als om de spanning te meten. De weerstand van de toevoerdraden wordt dan echter onbedoeld mee gemeten. Wanneer de te meten weerstand zeer klein is, zoals bij supergeleiders, kan de weerstand van de draden de meting verstoren. Om dit vermijden hebben Remco en Tom de vierpuntsmeting toegepast. Zie figuur 2.

De spanning U en de stroomsterkte I zijn m.b.v. een AD-omzetter door de computer gemeten. Een AD-omzetter zet analoge signalen om in digitale signalen, die door de computer gelezen kunnen worden. De weerstand van de supergeleider wordt gegeven door U/I.

De weerstand van een diode is ook afhankelijk van de temperatuur. M.b.v. twee geijkte diodes is de temperatuur gedurende de meting bepaald. De ijking is gebeurt door de diodes te dompelen in vloeistoffen met bekende temperatuur en tegelijkertijd de weerstanden van de diodes te meten. De gemiddelde van deze weerstand is gebruikt voor de ijkgrafiek.

De supergeleider met vier contacten is samen met de twee diodes m.b.v. contactpasta op een koperen plaatje bevestigd. Het geheel is op een piepschuim constructie (meetsonde) gelegd en vervolgens gehangen in een meetvat gevuld met stikstof. Wanneer de stikstof ophoudt met koken is de temperatuur gedaald tot 77 K. De meetsonde kan uit de stikstof worden gehaald en de supergeleider warmt langzaam op, zodat de supergeleidende overgang in beeld kan worden gebracht. Tom en Remco hebben een sprongtemperatuur van 92 ± 2 K bepaald. De literatuurwaarde voor dit type supergeleider is 90 tot 95 K.