Supraleitung
Supraleiter leiten elektrischen Strom unterhalb einer kritischen Temperatur widerstandsfrei und damit ohne Leitungsverluste. Spezielle Anwendungen, wie die Magnetresonanztomographie sind seit Jahrzehnten ohne den Einsatz von Supraleitung zur Magnetfelderzeugung undenkbar. Der enorme Aufwand zur Kühlung auf Temperaturen nahe dem absoluten Temperaturnullpunkt stand aber bisher einer breiten industriellen Anwendung im Wege.
Diese Barriere wurde 1986 mit der Entdeckung der Hochtemperatursupraleiter (HTSL) überwunden. Eine Erfindung, die mit dem Nobelpreis für Physik geehrt wurde. Hochtemperatursupraleiter werden bei Temperaturen oberhalb von 77 K betrieben. Eine Temperatur die mit bekannter Kühltechnik einfach erreicht werden kann. Allerdings sind diese HTSL keramische Materialien und lassen sich daher nicht als Draht ziehen oder biegen. Zudem müssen sie eine nahezu einkristalline Struktur aufweisen, um die vorteilhaften supraleitenden Eigenschaften zu erhalten.
Hierhzu wurde eine Technologie entwickelt, bei der der Supraleiter als dünne Schicht auf einem flexiblen und stabilen Trägerband abgeschieden wird. Eingesetzt werden supraleitende Bänder anstelle von Kupferdrähten in der Energietechnik - in elektrischen Maschinen wie Motoren, Generatoren und Transformatoren und in Stromkabeln für Hochstromschienen - überall dort wo für hohe Leistung wenig Raum zur Verfügung steht. Beispielhaft stehen hierfür Windkraftanlagen oder das Ampacity-Stromkabel in Essen.
Neben dem verlustfreien Stromtransport haben Supraleiter die Eigenschaft magnetische Felder zu verdrängen oder zu speichern. Dieser Effekt wird für supraleitende Magnetlager ausgenutzt. Das magnetische Feld eines Permanentmagneten durchdringt das warme Supraleitermaterial weitgehend unbeeindruckt. Beim Unterschreiten der kritischen Temperatur tritt ein Quanteneffekt ein, bei dem der magnetische Fluss in einzelne Flussschläuche, die so genannten Flussquanten zerlegt wird. Die Flussschläuche durchdringen den Supraleiter und werden an Fehlstellen im Supraleiter festgehalten. Dadurch wird nicht nur das vorhandene Magnetfeld im Supraleiter, sondern auch die Position des Supraleiters im Magnetfeld gespeichert. Der Supraleiter wird also durch magnetische Kräfte in der einmal definierten Position gehalten und kann somit frei schweben. Je nach Ausgestaltung der Magnetanordnung und des Supraleiterkryostaten eignet sich der Effekt der "Quantenlevitation" für reibungsfreie rotierende oder lineare Lager. Sie finden ihren Einsatz in der Industrie- und Laborautomation, der Probenmanipulation z. B. im Vakuum oder einfach zum Schweben auf Magneten als Hoverboard oder Magnetbahn.
