Článek
1. Co je to supravodivost?
Supravodivost je stav látky, ve kterém dochází k nulovému elektrickému odporu. Tento jev nastává za určitých podmínek, obvykle při velmi nízkých teplotách. Poprvé byl objeven v roce 1911 nizozemským fyzikem Heikem Kamerlinghem Onnesem, když ochladil rtuť na −269 °C (4,2 K) a zjistil, že odpor náhle zmizel.
Supravodiče rovněž vykazují Meissnerův efekt – vytlačují z nitra magnetické pole, což umožňuje například magnetickou levitaci.
2. Typy supravodičů
a) Konvenční supravodiče (nízkoteplotní)
Patří sem prvky jako rtuť, hliník nebo slitiny typu niob-titan. Potřebují chlazení na teploty blízké absolutní nule (např. kapalným heliem). Používají se hlavně v laboratořích, urychlovačích částic a lékařských MRI přístrojích.
b) Vysokoteplotní supravodiče (HTS)
Objevené v 80. letech, fungují při „vyšších“ teplotách (nad 77 K, teplota kapalného dusíku). Typickým materiálem je YBCO (yttrium-barium-copper-oxide). HTS jsou nadějí pro praktické použití v energetice.
c) Nekonvenční supravodiče a nové materiály
V roce 2020 byl oznámen supravodivý stav při pokojové teplotě (cca 15 °C) u superhydritu síry pod extrémním tlakem přes 250 GPa. Přestože praktické využití je zatím nemožné kvůli náročným podmínkám, jde o přelom.
3. Aplikace supravodičů
a) Elektromagnety a MRI
Silné magnety vyrobené ze supravodičů se používají v magnetické rezonanci, fúzních reaktorech (např. ITER) a urychlovačích částic (např. LHC).
b) Magnetická levitace
Vlaky typu Maglev dosahují rychlostí přes 600 km/h bez tření díky levitaci nad kolejí, umožněné supravodivými magnety.
c) Energetika
Supervodivé kabely přenášejí energii s minimálními ztrátami. V Japonsku a Německu již probíhají pilotní projekty.
d) Kvantové počítače
Supervodivé qubity tvoří základ kvantových procesorů (např. Google Sycamore), kde proudy proudí bez odporu a umožňují superpozici stavů.
4. Technologické výzvy
- Nutnost extrémního chlazení: i vysokoteplotní supravodiče potřebují kryogeniku.
- Křehkost a obtížná výroba: keramické struktury HTS jsou mechanicky nestabilní.
- Cena a škálovatelnost: materiály i chlazení jsou nákladné, jejich nasazení v masovém měřítku je zatím omezené.
- Kritický proud a pole: supravodiče přestávají fungovat při překročení určité intenzity proudu nebo magnetického pole.
5. Výzkum a vývoj
a) Cíl: pokojová supravodivost bez extrémního tlaku
Hledání materiálu, který je supravodivý při běžných podmínkách, je tzv. svatý grál fyziky kondenzovaných látek. Vědci zkoumají nové struktury, vrstvené materiály, nanomateriály i topologické izolanty.
b) Významné týmy a laboratoře
- Brookhaven National Laboratory (USA)
- Max-Planck-Institut für Festkörperforschung (Německo)
- RIKEN (Japonsko)
- Čínská akademie věd
6. Výhled do budoucna
Do 10–20 let lze očekávat:
- širší nasazení HTS kabelů v rozvodných sítích měst
- běžnější použití v magnetických vlacích a výzkumných zařízeních
- zdokonalení supravodivých kvantových procesorů
- možný objev stabilního supravodiče při pokojové teplotě
Závěr
Supravodiče představují revoluční materiály s obrovským potenciálem. Od bezztrátového přenosu energie až po kvantové výpočty – jejich praktické nasazení by mohlo znamenat zásadní změnu v mnoha oblastech technologie i energetiky. Přesto zatím zůstávají technologicky náročné. Klíčové bude najít materiály, které fungují při běžných podmínkách – teprve pak se může supravodivá revoluce opravdu rozběhnout.
