Superprevodnike, to so materiali, ki nimajo električne upornosti, poznamo že 112 let. A superprevodnost smo lahko doslej dosegli le pri izjemno nizkih temperaturah, na primer pri temperaturi vrelišča tekočega dušika, ki je pri minus 196 stopinjah Celzija. Znanstveniki zato iščejo materiale, ki bi bili čim bolj prevodni pri višjih, bolj običajnih temperaturah.

Prof. dr. Denis Arčon z Instituta Jožef Stefan in Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani je prepričan, da bo to prelomno odkritje, če bodo nedaven dosežek znanstvenikov z Univerze v Rochestru potrdili v neodvisnem laboratoriju. "Nenadoma bo superprevodnost, ki je bila doslej omejena na ekstremno nizke temperature oziroma ekstremno visoke tlake, prišla v naše vsakdanje življenje," pojasnjuje.

To pa bi konkretno pomenilo, da "bi bil prenos energije na velikih razdaljah brez energijskih izgub, za transport bi lahko izkoriščali magnetno levitacijo, lahko bi močno poenostavili slikanje za magnetno resonanco, kjer bi se magnet, ki je iz superprevodnih materialov, zelo poenostavil in pocenil," Arčon našteje le nekaj primerov uporabe superprevodnikov v vsakdanjem življenju.

Ob tem pa je treba omeniti, da objava v Nature odmeva tudi zato, ker je ta skupina raziskovalcev že leta 2020 objavila podoben dosežek, prav tako v reviji Nature, a so ga pozneje morali umakniti, saj so se pojavili dvomi, ker raziskovalci niso vedeli točne kemijske sestave materiala. Arčon zato poudarja, da morajo rezultat potrditi neodvisni laboratoriji, da pa je objava zelo prepričljiva.

Sobna temperatura, a še vedno zelo visok tlak

Čeprav je raziskovalcem uspelo izdelati material, ki je superprevoden pri sobni temperaturi, pa je še vedno precej velika ovira za širšo uporabo visok tlak. Tlak 10.000 barov je namreč kar desetkrat višji kot je na dnu najglobljih oceanov. Kot pojasni. Arčon, takega tlaka v laboratoriju ni težko doseči: "Za doseganje takih tlakov imamo posebne visokotlačne celice, s katerimi lahko v našem laboratoriju dosežemo tlak 20.000 ali 25.000 barov. V laboratoriju je tak tlak relativno lahko doseči, v praksi za širšo uporabo pa to postane bolj ali manj neuporabno. Odpira pa to odkritje eno drugo dimenzijo, omogoči nam, da bi z določenimi kemijskimi modifikacijami simulirali tovrstne visoke pritiske in bi mogoče imeli materiale, ki bi bili superprevodni pri normalnih pogojih."

Superprevodnike se najpogosteje uporablja v napravah za slikanje z magnetno resonanco

Že od 70. let prejšnjega stoletja so znanstveniki superprevodne magnete uporabili v napravah za slikanje z magnetno resonanco in še danes je to najpogostejša komercialna uporaba superprevodnikov. Za prikaz človeškega telesa oziroma organov je magnetna resonanca ena izmed najpomembnejših slikovnih metod v sodobni medicini.

Kot razloži prof. dr. Igor Serša z Instituta Jožef Stefan, se pri večini modernih superprevodnih magnetov, ki so v napravah za magnetno resonanco, uporablja zlitina niobija in titana, ki je nizkotemperaturni superprevodnik. Superprevodni magnet je v osnovi zelo dobro toplotno izolirana posoda, v kateri je utekočinjen helij in vanj je potopljeno tudi navitje superprevodne tuljave. Vrelišče utekočinjenega helija je pri zračnem tlaku pri -269 °C in to je torej tudi temperatura superprevodnika, kar je dovolj za delovanje večine superprevodnih magnetov."

Superprevodni magneti so najprimernejši za slikanje z magnetno resonanco, ker lahko zagotovijo dovolj močno in stabilno magnetno polje, ki ni občutljivo za spremembe temperature v okolici. Močno, homogeno in stabilno magnetno polje je ključno za slikanje z magnetno resonanco. "Ob tem se v preiskovancu ali vzorcu namagnetijo tudi vodikova jedra. Če ta jedra nato obsevamo z radiofrekvenčnim magnetnim poljem prave frekvence, dosežemo, da ta jedra to obsevanje absorbirajo in nato lahko izmerimo njihov signal. S posebnimi tuljavami lahko ta signal napravimo prostorsko odvisen, kar je pogoj za slikanje. Ko zaznamo dovolj na ta način različno prostorsko kodiranih signalov, lahko s pomočjo računalnika iz teh signalov izračunamo sliko."

S slikanjem z magnetno resonanco lahko zelo učinkovito potrdijo prisotnost tumorjev, poškodbe mehkih tkiv in sklepov, prikaže lahko celo delovanje možganov. In kot poudarja Serša, je preiskava zdravju neškodljiva, saj ne vključuje ionizirajočih sevanj.

Magnetna levitacija

Superprevodnost določata dve pomembni lastnosti. Prva je ničta upornost. Druga pa je, da lahko superprevodniki izrinejo magnetno polje iz svoje notranjosti. Če neki material nima obeh lastnosti, ne moremo trditi, da je superprevoden.

Tako imenovan Meissnerjev učinek je priljubljen način demonstracije superprevodnikov. Saj, ko material dovolj ohladimo, da postane superprevoden, in ga postavimo nad magnet, začne lebdeti. "Magnetno polje gre brez težav skozi kateri koli material, mizo, omare, skozi nas, superprevodnik pa ustvarja tokove, ki ustvarjajo polja, ki nasprotujejo zunanjim poljem in preprečijo vdor magnetnega polja v snov," pojasni mehanizem delovanja dr. Tilen Knaflič z Instituta Jožef Stefan. A to se zgodi le, če magnetno polje ni premočno, sicer magnetno polje vendarle prodre v superprevodnik, ta pa izgubi superprevodne lastnosti. Superprevodnik pa svoje superprevodne lastnosti, in s tem tudi sposobnost lebdenja, izgubi tudi, ko se segreje nad tako imenovano kritično temperaturo.