ابررسانایی چیست؟

ابررسانایی چیست؟

در سال 1908 هايك كمرلينگ اونز هلندي در دانشگاه ليدن موفق به توليد هليوم مايع گرديد و با استفاده از آن توانست به درجه حرارت حدود يك درجه كلوين برسد. يكي از اولين بررسي‌هايي كه اونز با دسترسي به اين درجه حرارت پايين انجام داد، مطالعه تغييرات مقاومت الكتريكي فلزات بر حسب درجه حرارت بود. چندين سال قبل از آن معلوم شده بود كه مقاومت فلزات وقتي دماي آنها به كمتر از دماي اتاق برسد كاهش پيدا مي‌كند؛ اما معلوم نبود كه اگر درجه حرارت تا حدود كلوين تنزل يابد، مقاومت تا چه حد كاهش مي‌يابد. اونز كه با پلاتينيوم كار مي‌كرد متوجه شد كه سرد شدن نمونه پلاتينيوم با اندكي كاهش در مقاومت الكتريكي آن همراه است كه متناسب با خلوص نمونه متغير بود. در آن زمان خالص‌ترين فلز قابل دسترس جيوه بود و اونز در تلاش براي به دست آوردن رفتار فلز خيلي خالص، مقاومت جيوه خالص را در دماهاي مختلف اندازه گرفت. در سال 1911 وي دريافت كه در درجه حرارت خيلي پايين، مقاومت جيوه تا حد غيرقابل اندازه‌گيري كاهش مي‌يابد كه البته موضوع شگفت‌انگيزي نبود اما نحوه از بين رفتن مقاومت غير منتظره به نظر مي‌رسيد.

اونز مشاهده نمود هنگامي كه درجه حرارت جيوه به سمت صفر درجه مطلق تنزل داده مي‌شود، كاهش آرام مقاومت ناگهان در حدود 4 درجه كلوين با افت بسيار بزرگي مواجه شده و پايين‌تر از اين درجه حرارت، جيوه هيچ‌گونه مقاومتي از خود نشان نمي‌داد. همچنين اين گذار ناگهاني به حالت بي‌مقاومتي، فقط مربوط به خواص فلزات نمي‌شد و حتي در جيوه ناخالص نيز اتفاق مي‌افتاد. اونز به اين نتيجه رسيد كه پايين تر از 4 درجه كلوين، جيوه به حالت ديگري از خواص الكتريكي كه كاملا با حالتهاي شناخته شده قبلي متفاوت بود رسيده است. اين حالت تازه «ابررسانايي» نام گرفت.

مدتي بعد مشخص شد كه با تغيير برخي شرايط مانند افزايش دوباره دما، ابررسانايي از بين مي‌رود يعني مقاومت الكتريكي فلزاتي كه به وضعيت ابررسانايي رسيده‌اند، مجددا قابل بازيابي است. همچنين با بررسي خصوصيتهاي مغناطيسي فلزات ابررسانا، مشخص شد كه اگر يك ميدان مغناطيسي قوي به ابررسانا اعمال شود، خواص مغناطيسي فلز ابررسانا نسبت به درجه حرارت‌هاي معمولي بسيار متفاوت مي‌باشد. بر اساس تحقيقات انجام شده، تاكنون مشخص شده است كه نصف عناصر فلزي و همچنين برخي آلياژها و سراميكها در درجه حرارت‌هاي پايين ابررسانا مي‌شوند. مشكل اصلي در استفاده از ابررساناها، ايجاد دماي بسيار پايين آن است. دماي ابررسانايي براي ابررساناهاي اوليه در حدود كمتر از 25 درجه كلوين (248- درجه سانتيگراد) بود و تنها با كمك ئيدروژن يا هليوم مايع مهيا مي‌شد كه بسيار گران قيمت و خطرناك است. بعد از حدود هفت دهه از كشف ابررساناهاي معمولي، سرانجام در سال 1986 مواد سراميكي جديدي از نوع اكسيدهاي مس كشف شدند كه در دماي بالاتر از 77 درجه كلوين كه دماي جوش نيتروژن مايع است، توانايي بروز خاصيت ابررسانايي داشتند و به ابررساناهاي دمابالا (HTS) معروف شدند. تحقيقات صورت گرفته تا سال 2005 منجر به ساخت ابررساناهايي شده است كه در فشار بالا و دماي حدود 165 درجه كلوين (108- درجه سانتيگراد) ابررسانا مي‌شوند. 

www.hts.blogfa.com