Supraleitung auf einem Möbius-Band

Supraleiter sind Materialien, deren elektrischer Widerstand beim Unterschreiten der sogenannten Sprungtemperatur (abrupt) auf null fällt. Die Supraleitung wurde 1911 von Heike Kamerlingh Onnes, einem Pionier der Tieftemperaturphysik, entdeckt. Sie ist ein makroskopischer Quantenzustand.^[1]

Viele Metalle, aber auch andere Materialien werden unterhalb ihrer Sprungtemperatur – auch „kritische Temperatur“ T_c genannt – supraleitend. Für die meisten Materialien ist diese Temperatur sehr niedrig; um Supraleitung zu erreichen, muss das Material im Allgemeinen mit verflüssigtem Helium(Siedetemperatur −269 °C) gekühlt werden. Nur bei den Hochtemperatur-Supraleitern genügt zur Kühlung verflüssigter Stickstoff (Siedetemperatur −196 °C).

Im supraleitenden Zustand bleibt bzw. wird das Innere des Materials frei von elektrischen und magnetischen Feldern. Ein elektrisches Feld würde durch die ohne Widerstand beweglichen Ladungsträger sofort abgebaut. Magnetfelder werden durch den Aufbau entsprechender Abschirmströme an der Oberfläche verdrängt, die mit ihrem eigenen Magnetfeld das innere Magnetfeld kompensieren. Ein nicht zu starkes Magnetfeld dringt nur etwa 100 nm weit in das Material ein; diese dünne Schicht trägt die Abschirm- und Leitungsströme. Dieser „Meißner-Ochsenfeld-Effekt“ kann beispielsweise eine supraleitende Probe im Magnetfeld schweben lassen.

Der Stromfluss durch den Supraleiter senkt die Sprungtemperatur. Die Sprungtemperatur sinkt auch, wenn ein äußeres Magnetfeld anliegt. Überschreitet das Magnetfeld einen kritischen Wert, so beobachtet man je nach Material verschiedene Effekte. Bricht die Supraleitung schlagartig zusammen, spricht man von einem Supraleiter erster Art oder vom Typ I. Supraleiter zweiter Art dagegen (Typ II) haben zwei kritische Feldstärken, ab der niedrigeren beginnt das Feld einzudringen, bei der höheren bricht die Supraleitung zusammen. In dem Bereich dazwischen dringt das Magnetfeld in Form mikroskopisch feiner Schläuche zunehmend in den Leiter ein. Der magnetische Fluss in diesen Flussschläuchen ist quantisiert. Supraleiter vom Typ II sind durch ihre hohe Stromtragfähigkeit interessant für technische Anwendungen.

Technische Anwendungen der Supraleitung sind die Erzeugung starker Magnetfelder – für Teilchenbeschleuniger, Kernfusionsreaktoren, Magnetresonanztomographie, Levitation – sowie Mess- und Energietechnik.

[Supraleiter, Wikipedia, abgerufen am 06.04.2018]

==========

Superconducting Quantum Levitation on a 3π Möbius Strip {2:49}

Am 22.06.2016 veröffentlicht 
Ithaca College Physics

From the Low Temperature Physics Lab:
Quantum levitation on a 3π Möbius strip track! Watch the superconductor levitate above the track and suspend below the track, without having to go across the edge.
Our track is not an "ordinary" Möbius strip with just one twist, but rather a Möbius strip with three twists -- 540 degrees, or 3π radians, thus, a 3π Möbius strip track.
You can also check out the video we made that documents the building of the track, if you want to make your own: https://www.youtube.com/watch?v=OQkzX...
If you have more questions about the physics or how we made the track, leave a comment below!

========== 

Ein Möbiusband, Möbiusschleife oder Möbius’sches Band ist eine Fläche, die nur eine Kante und eine Seite hat. Sie ist nicht orientierbar, das heißt, man kann nicht zwischen unten und oben oder zwischen innen und außen unterscheiden.

Es wurde im Jahr 1858 unabhängig voneinander von dem Göttinger Mathematiker und Physiker Johann Benedict Listing und dem Leipziger Mathematiker und Astronomen August Ferdinand Möbius beschrieben.^[1]

[Möbiusband, Wikipedia, abgerufen am 06.04.2018]

==========