Was sind die London-Gleichungen?

Die London-Gleichungen sind eine Reihe von Gleichungen, die von den beiden Brüdern Fritz und Heinz London im Jahr 1935 entwickelt wurden. Sie beschreiben das Verhalten von Supraleitern in einem elektromagnetischen Feld. Supraleiter sind Materialien, die unterhalb einer bestimmten Temperatur, der kritischen Temperatur, keinen elektrischen Widerstand haben. Die London-Gleichungen erklären, warum das so ist und wie Supraleiter funktionieren.

Wie funktionieren die London-Gleichungen?

Die London-Gleichungen basieren auf der Quantenmechanik und beschreiben das Verhalten von Elektronen in einem Supraleiter. Sie besagen, dass Elektronen in einem Supraleiter zu einem kollektiven Verhalten neigen und sich als Einheit bewegen. Diese Einheit wird als Cooper-Paar bezeichnet. Durch die Bewegung des Cooper-Paares kann ein Supraleiter in einem elektromagnetischen Feld eine magnetische Abschirmung erzeugen, die als Meissner-Effekt bekannt ist. Die London-Gleichungen beschreiben auch, wie die kritische Temperatur von Supraleitern von verschiedenen Faktoren wie der Art des Materials oder der magnetischen Feldstärke abhängt.

Anwendungen der London-Gleichungen

Die London-Gleichungen haben viele praktische Anwendungen. Zum Beispiel werden sie verwendet, um Supraleiter für Anwendungen wie Magnetschwebebahnen, Kernspintomographie und Hochleistungselektronik zu optimieren. Sie werden auch in der Forschung verwendet, um das Verhalten von Materialien bei extremen Bedingungen zu untersuchen, wie zum Beispiel bei sehr tiefen Temperaturen oder in starken magnetischen Feldern.

Beispiel: Superleiter und Supraleiter

Ein Beispiel für einen Supraleiter ist das Material Yttrium-Barium-Kupferoxid (YBCO). Bei einer Temperatur von minus 196 Grad Celsius hat es keinen elektrischen Widerstand und zeigt den Meissner-Effekt. Ein Beispiel für einen Superleiter, der bei höheren Temperaturen als Supraleiter arbeitet, ist niobiumgetränkter Titan (NbTi). Diese Materialien werden in der Hochenergiephysik und in der medizinischen Bildgebung eingesetzt. Die London-Gleichungen sind ein wichtiger theoretischer Rahmen für das Verständnis und die Anwendung von Supraleitern und Superleitern.