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Superconduttività

1911-04-08
  • Heike Kamerlingh Onnes
Configurazione di laboratorio criogenica che dimostra la superconduttività con mercurio solido.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Nel 1911, Heike Kamerlingh Onnes scoprì la superconduttività mentre studiava la resistenza del mercurio solido a criogenico temperatures. He observed that the electrical resistance of mercury abruptly dropped to zero at a temperatura critica ([latex]T_c[/latex]) of 4.2 K. This phenomenon, termed superconductivity, represents a state of matter with exactly zero electrical resistance and expulsion of magnetic fields.

The discovery was a direct consequence of Onnes’s pioneering work in low-temperature physics, specifically his successful liquefaction of helium in 1908. This achievement opened up a new temperature regime for experimental investigation, down to about 1 K. Onnes was initially investigating how the electrical resistance of pure metals behaved at these extremely low temperatures. Prevailing theories suggested that resistance would either level off to a constant value or increase again as electron motion ceased. However, when his team cooled a sample of solid mercury, they observed a sudden, complete disappearance of resistance at 4.2 K. Onnes initially suspected a short circuit but soon confirmed the phenomenon was real and intrinsic to the material. He called this new state “supraconductivity” (later superconductivity). This discovery was revolutionary because classical physics could not explain how electrons could move through a material lattice without any energy loss. It marked the birth of a new field of physics and demonstrated the existence of macroscopic quantum phenomena, where quantum effects become visible on a large scale. The zero-resistance state implies that a current induced in a superconducting loop could persist indefinitely without a power source, a concept later verified in persistent current experiments.

The implications were profound, suggesting possibilities for lossless energy transmission and the creation of extremely powerful magnets. However, the extremely low temperatures required (liquid helium temperatures) made practical applications challenging for many decades. The discovery spurred a global research effort to find materials with higher critical temperatures and to develop a theoretical understanding of the underlying mechanism, a puzzle that would remain unsolved for nearly 50 years until the advent of the BCS theory.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Fisica dello stato solido

Tipo

Proprietà fisica

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • liquefazione dell'elio (1908)
  • sviluppo di criogenia
  • Modello di Drude della conduzione elettrica
  • studi sulla resistenza elettrica a basse temperature

Applicazioni

  • magnetic resonance imaging (mri)
  • acceleratori di particelle
  • treni a levitazione magnetica
  • dispositivi di interferenza quantistica superconduttori (calamari)
  • linee di trasmissione di energia

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • processori per computer superconduttori a temperatura ambiente
  • cabine di trasporto maglev personali
  • city-scale accumulo di energia magnetica superconduttiva (smes)
  • schermatura superconduttiva per veicoli spaziali contro le radiazioni cosmiche
  • rete elettrica globale senza perdite
  • scanner MRI portatili ad alto campo per ambulanze
  • calcolo quantistico basato su qubit superconduttori stabili e ad alta temperatura superficiale
  • muscoli artificiali superconduttori per la robotica
  • sistemi di lancio elettromagnetici per l'esplorazione spaziale
  • reattori a fusione con confinamento magnetico più compatto ed efficiente
Correlato a: superconduttività, Heike Kamerlingh Onnes, temperatura critica, resistenza zero, mercurio, criogenia, fisica delle basse temperature, transizione di fase, materia condensatameccanica quantistica.

Contesto storico

Superconduttività

1907
1909
1910
1911-04-08
1913
1915
1916
1904
1907
1909
1910
1912
1915
1915-11
1916

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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