Der Hauptunterschied zwischen Suprafluidität und Supraleitung besteht darin, dass Suprafluidität der Fluss von Helium-4-Atomen in einer Flüssigkeit ist, während Supraleitung der Fluss einer Elektronenladung in einem Festkörper ist.
Die Begriffe Suprafluidität und Supraleitung sind verwandte Phänomene der Strömung ohne Widerstand, aber sie beschreiben diese Strömungen für verschiedene Systeme.
Was ist Superfluidität?
Superfluidität ist eine charakteristische Eigenschaft einer Flüssigkeit, die keine Viskosität hat und ohne Verlust an kinetischer Energie fließen kann. Wenn wir eine Supraflüssigkeit rühren, neigt sie dazu, Wirbel zu bilden, die sich endlos drehen. Wir können Suprafluidität beobachten, die in zwei Isotopen von Helium auftritt: Helium-3 und Helium-4. Wir können diese beiden Isotope verflüssigen, indem wir sie auf kryogene Temperatur abkühlen.
Superfluidität ist eine Eigenschaft verschiedener anderer exotischer Materiezustände, die unter Astrophysik, Hochenergiephysik und Quantengravitation fallen. Die Theorie zur Suprafluidität wurde vom sowjetischen Physiker Lev Landau zusammen mit Isaak Khalatnikov entwickelt. Dieses Phänomen wurde jedoch ursprünglich von Pyotr Kapitsa und John F. Allen in flüssigem Helium entdeckt.
Abbildung 01: Flüssiges Helium ist Superfluidität
Wenn man das flüssige Helium-4 betrachtet, tritt seine Suprafluidität im Vergleich zu Helium-3 bei einer sehr hohen Temperatur auf. Dies liegt hauptsächlich daran, dass ein Helium-4-Atom aufgrund seines ganzzahligen Spins ein Bosonenteilchen ist, während ein Helium-3-Atom ein Fermionteilchen ist, das Bosonen nur durch Paarung mit sich selbst bei niedriger Temperatur bilden kann. Darüber hinaus war die Suprafluidität von Helium-3 die Grundlage für den Nobelpreis für Physik im Jahr 1996.
Was ist Supraleitung?
Supraleitung ist ein Quantenphänomen, bei dem bestimmte Materialien bei bestimmten Magnet- und Temperaturregimen eine hohe Leitfähigkeit aufweisen. Dieses Phänomen wurde 1911 von Onnes entdeckt. Es gab jedoch keine konsistente mikroskopische Theorie, die beschreiben könnte, warum Supraleitung zum Zeitpunkt der Entdeckung auftritt. Bardeen und Cooper veröffentlichten jedoch ein Papier, in dem die mathematischen Grundlagen für konventionelle Supraleitung dargelegt wurden.
Die Entdeckung der Supraleitung geschah während der Untersuchung der Transporteigenschaften von Quecksilber (Hg) bei niedriger Temperatur. Onnes entdeckte, dass unterhalb der Verflüssigungstemperatur des Heliums (bei etwa 4,2 K) der spezifische Widerstand von Quecksilber plötzlich auf Null abfällt. Aber die Erwartung war, dass der spezifische Widerstand entweder auf Null gehen oder bei einer Temperatur von Null divergieren würde, aber nicht plötzlich bei einer endlichen Temperatur verschwinden würde. Dieses Verschwinden weist auf einen neuen Grundzustand hin und wurde als Eigenschaft der Supraleitung entdeckt.
Was ist der Unterschied zwischen Suprafluidität und Supraleitung?
Superfluidität ist eine charakteristische Eigenschaft einer Flüssigkeit, die keine Viskosität hat und ohne Verlust an kinetischer Energie fließen kann. Supraleitung ist ein Quantenphänomen, bei dem bestimmte Materialien bei bestimmten Magnet- und Temperaturregimen eine hohe Leitfähigkeit aufweisen. Der Hauptunterschied zwischen Suprafluidität und Supraleitung besteht darin, dass Suprafluidität der Fluss von Helium-4-Atomen in einer Flüssigkeit ist, während Supraleitung der Fluss von Elektronenladung in einem Festkörper ist.
Die folgende Infografik untersucht den Unterschied zwischen Suprafluidität und Supraleitung in tabellarischer Form.
Zusammenfassung – Suprafluidität vs. Supraleitung
Superfluidität ist eine charakteristische Eigenschaft einer Flüssigkeit, die keine Viskosität hat und ohne Verlust an kinetischer Energie fließen kann. Supraleitung ist ein Quantenphänomen, bei dem bestimmte Materialien bei bestimmten Magnet- und Temperaturregimen eine hohe Leitfähigkeit aufweisen. Der Hauptunterschied zwischen Suprafluidität und Supraleitung besteht darin, dass Suprafluidität der Fluss von Helium-4-Atomen in einer Flüssigkeit ist, während Supraleitung der Fluss von Elektronenladung in einem Festkörper ist.
