مقالات
در حال خواندن
ابر رسانا ها
0

ابر رسانا ها

توسط میلاد سکاکی۵ خرداد, ۱۳۹۶

ابر رسانا(superconductor) به معنی فوق رسانا می‌باشد و در واقع می‌توان گفت که این واژه در مورد رسانایی فوق العاده قوی بکار می‌رود و اجسامی را که دارای این خاصیت باشند، اجسام ابر رسانا گویند.

مقدمه

در سال ۱۹۰۸ هایک کمرلینگ اونز هلندی در دانشگاه لیدن موفق به تولید هلیوم مایع گردید و با استفاده از آن توانست به درجه حرارت حدود یک درجه کلوین برسد. یکی از اولین بررسی‌هایی که اونز با دسترسی به این درجه حرارت پایین انجام داد، مطالعه تغییرات مقاومت الکتریکی فلزات بر حسب درجه حرارت بود.
چندین سال قبل از آن معلوم شده بود که مقاومت فلزات وقتی دمای آنها به کمتر از دمای اتاق برسد کاهش پیدا می‌کند؛ اما معلوم نبود که اگر درجه حرارت تا حدود کلوین تنزل یابد، مقاومت تا چه حد کاهش می‌یابد.
اونز که با پلاتینیوم کار می‌کرد متوجه شد که سرد شدن نمونه پلاتینیوم با اندکی کاهش در مقاومت الکتریکی آن همراه است که متناسب با خلوص نمونه متغیر بود. در آن زمان خالص‌ترین فلز قابل دسترس جیوه بود و اونز در تلاش برای به دست آوردن رفتار فلز خیلی خالص، مقاومت جیوه خالص را در دماهای مختلف اندازه گرفت. در سال ۱۹۱۱ وی دریافت که در درجه حرارت خیلی پایین، مقاومت جیوه تا حد غیرقابل اندازه‌گیری کاهش می‌یابد که البته موضوع شگفت‌انگیزی نبود اما نحوه از بین رفتن مقاومت غیر منتظره به نظر می‌رسید.

اونز مشاهده نمود هنگامی که درجه حرارت جیوه به سمت صفر درجه مطلق تنزل داده می‌شود، کاهش آرام مقاومت ناگهان در حدود ۴ درجه کلوین با افت بسیار بزرگی مواجه شده و پایین‌تر از این درجه حرارت، جیوه هیچ‌گونه مقاومتی از خود نشان نمی‌داد.
همچنین این گذار ناگهانی به حالت بی‌مقاومتی، فقط مربوط به خواص فلزات نمی‌شد و حتی در جیوه ناخالص نیز اتفاق می‌افتاد. اونز به این نتیجه رسید که پایین تر از ۴ درجه کلوین، جیوه به حالت دیگری از خواص الکتریکی که کاملا با حالتهای شناخته شده قبلی متفاوت بود رسیده است. این حالت تازه «ابررسانایی» نام گرفت.
مدتی بعد مشخص شد که با تغییر برخی شرایط مانند افزایش دوباره دما، ابررسانایی از بین می‌رود یعنی مقاومت الکتریکی فلزاتی که به وضعیت ابررسانایی رسیده‌اند، مجددا قابل بازیابی است. همچنین با بررسی خصوصیتهای مغناطیسی فلزات ابررسانا، مشخص شد که اگر یک میدان مغناطیسی قوی به ابررسانا اعمال شود، خواص مغناطیسی فلز ابررسانا نسبت به درجه حرارت‌های معمولی بسیار متفاوت می‌باشد.
بر اساس تحقیقات انجام شده، تاکنون مشخص شده است که نصف عناصر فلزی و همچنین برخی آلیاژها و سرامیکها در درجه حرارت‌های پایین ابررسانا می‌شوند. مشکل اصلی در استفاده از ابررساناها، ایجاد دمای بسیار پایین آن است. دمای ابررسانایی برای ابررساناهای اولیه در حدود کمتر از ۲۵ درجه کلوین (۲۴۸- درجه سانتیگراد) بود و تنها با کمک ئیدروژن یا هلیوم مایع مهیا می‌شد که بسیار گران قیمت و خطرناک است.
بعد از حدود هفت دهه از کشف ابررساناهای معمولی، سرانجام در سال ۱۹۸۶ مواد سرامیکی جدیدی از نوع اکسیدهای مس کشف شدند که در دمای بالاتر از ۷۷ درجه کلوین که دمای جوش نیتروژن مایع است، توانایی بروز خاصیت ابررسانایی داشتند و به ابررساناهای دمابالا (HTS) معروف شدند.
تحقیقات صورت گرفته تا سال ۲۰۰۵ منجر به ساخت ابررساناهایی شده است که در فشار بالا و دمای حدود ۱۶۵ درجه کلوین (۱۰۸- درجه سانتیگراد) ابررسانا می‌شوند.

کمی درباره ی مبانی علمی کوانتومی بحث کنیم. الکترون ها در فلز در پتانسیل متناوب تولید شده از نوسان یون ها حول وضعیتشان حرکت می کنند. حرکت یون ها را می توان بوسیله ی مد های جمعی کوانتیزه شده ی آنها، فونون ها، توجیه کرد. سپس در طی توسعه ی نظریه ی کوانتوم، نظریه ی پاولی اصل انفجار وجود دارد ، که معنای آن بیانگر مفهوم آن است و آن اینکه – الکترونها به صورت اسپین نیمه کامل ذاتی (half integral intrinsic spin) قرار می گیرند، و در نتیجه هیچ الکترونی نمی تواند طوری قرار بگیرد که عدد کوانتوم آنها با هم یکی باشد. ذراتی که به صورت اسپین نیمه کامل ذاتی قرار می گیرند با نام فرمیون ها (fermions) شناخته می شوند، به خاطر گرامیداشت کار های فرمی (Fermi) که ، همراه با دیاک (Diac) ، نظریه ی آماری رفتار الکترون در دماهای محدود را توسعه دادند، این تئوری با نام Fermi-Diac statistics شناخته می شود. در توضیح فضای اندازه حرکت یک فلز ساده، حالت پایه یک کره در فضای اندازه ی حرکت می باشد، که اندازه ی شعاع آن، pf بوسیله ی چگالی فلز تعیین می گردد. انرژی خارجی ترین الکترون ها، در مقایسه با انرژی گرمایی میانگین آن ها، Kt بسیار بزرگ می باشد. به عنوان نتیجه، تنها بخش کوچکی از الکترون ها ،  در بالاتر از حالت پایه تحریک می شوند. الکترون ها با هم دیگر ( قانون کلمب ) و با فونون ها تعامل می کنند و رابطه دارند. تحریکات ابتدائی آن ها ذرات quasi ، (quasiparticles) می باشند ، الکترون ها با ضافه ی ابر الکترونی وابسته به آنها و فونون هایی که هنگام حرکت از میان شبکه الکترون را همراهی می کند. یک بحث و مذاکره ی ابتدائی نشان می دهد که طول عمر یک quasiparticle تحریک شده بالای سطح فرمی ( سطح کره ی فرمی ) تقریبا برابر می باشد. مساله و مشکلی که برای نظریه پردازان در رابطه با این مساله پیش آمده، فهم چگونگی تحمل پذیری الکترون ها ی تعامل کننده هنگام رفتن به حالت ابررسانایی ، می باشد. این امر چگونه انجام می شود ؟ توضیح ریاضی مناسب برای این امر چه می باشد ؟

یک کلید راهنمای بسیار لازم در سال ۱۹۵۰ میلادی بدست آمد، وقتی محققان در Nationa Bearue of Standards و دانشگاه روتگرز کشف کردند که دمای انتقال به حالت ابررسانایی سرب بستگی به جرم ایزوتوپ آن، یعنی M ، دارد ، و رابطه ی عکس با M1/2 دارد. از آنجایی که انرژی لرزشی شبکه ای همان بستگی را با M1/2 دارد، کوانتای پایه ی آنها، فونون ها ، باید نقشی در ظهور و ایجاد حالت ابررسانایی بازی کند. در سال های بعدی، Herber Frohlich ، که از پوردو از دانشگاه لیورپول بازدید می کرد، و John Bardeen کسی که آن زمان در آزمایشگاه های بل کار می کرد، تلاش کردند نظریه ای با استفاده از تعامل الکترون ها و فونون ها ارائه بدهند، ولی شکست خوردند و موفق نشدند. کار انجام شده توسط آن ها را می توان به کمک دیاگرام های معرفی شده توسط ریچارد فاینمن (Richar Feynman) به تصویر کشید، که در قسمت (a) تصویر زیر نشان داده شده است. در تصویر زیر می توان یک الکترون را مشاهده کرد که یک فونون را آزاد می کند و سپس آن را جذب می کند. خواص آن بوسیله جفت شدن پویا با شبکه تغییر می یابند و تغییر در انرژی آن نسبت عکس با M1/2 دارد . اما این quasiparticle ها به حالت ابررسانایی در نمی آیند.

سپس Frohlich احتمال دوم را در نظر گرفت، حالتی که در تصویر بالا قسمت (b) نشان داده شده است، که در آن یک الکترون یک فونون را آزاد می کند و الکترون دومی آن فونون را جذب می کند. این تعامل فونون القایی می تواند برای الکترون ها ی نزدیک سطح فرمی جذاب باشد. این یک معادله فلزی waterbed می باشد : دو شخص که یک waterbed را به اشتراک می گذارند، تمایل دارند تا به مرکز آن جذب شوند، همان طوری که روند القاء الکترون ها را جذب می کند. (یک شخص تورفتگی را در waterbed القاء می کند، تورفتگیی که شخص دوم را جذب می کند.) تعامل مطالعه شده توسط Frohlich در نگاه جذاب و زیبا به نظر می رسد، که هم جدید بود و هم ذاتا تناسب درستی با جرم ایزوتوپی، M ، داشت. اگر چه مشکلی بزرگ در درک چگونگی نقش بازی کردن آن وجود داشت، از آن جا که تعامل پایه ای کلمب (Coulomb) بین الکترون ها دفع کننده می باشد، و خیلی قوی تر می باشد. همانطور که لاندو (Laundau) قرار داد : “شما نمی توانید قانون کولمب را لغو کنید.” این اشکالی بود که John Bardeen و نویسنده ی این مقاله، دیوید پاینس (David Pines) (هنگامی که اولین دانشجوی دکترا در دانشگاه ایلیونیس در سال های ۱۹۵۲-۱۹۵۵ بود) ، آن را مورد انتقاد قرار دادند. چیزی که آن ها پیدا کردند، به وسیله ی توسعه ی یک راهبرد که David Bohm و David Pines قبلا برای فهم تعامل های جفت الکترون ها در فلزات توسعه داده بودند، این بود که “پیام ، متوسط است .” (“The Medium is the message”) . وقتی آن ها اثر رویه ی به پرده در آوردن الکترونیکی (Electronic Screening) روی هر دو تعامل الکترون-الکترون و الکترون-آهن را در نظر گرفتند، فهمیدند که حضور جزء تشکیل دهنده ی دومی، یونها ، یک تعامل جذاب شبکه ای را بین یک جفت الکترون که تفاوت انرژی آن ها از انرژی یک فونون بنیادین کمتر می باشد، ممکن می سازد .

در سال ۱۹۵۷ میلادی، هنگامی که Bob Schrieffer ، کسی که دانشجوی فارغ التحصیلی Bardeen در دانشگاه الیونیس بود، فهمید که توضیح میکروسکوپی داوطلب حالت ابررسانایی، می تواند با به کار بردن راهبردی که قبلا برای پلارن ها توسعه یافته بود، توسعه یابد. (به وسیله ی T.D. Lee ، Francis Low و David Pines ) به جفت های تعامل کننده ی کوپر. در هفته های بعدی، Bardeen ، Cooper ، و Schrieffer نظریه ی میکروسکوپی ابررسانایی خود، تئوری BCS را ارائه دادند. که این تئوری در توضیح و تفسیر رویداد ها ی ابررسانایی موجود و هم چنین در پیش گویی رویداد های جدید بسیار موفق بود. در جولای ۱۹۵۹ ، در اولین کنفرانس عظیم در رابطه با ابررسانایی بعد از ارائه ی نظریه ی BCS ، (در دانشگاه کمبریج) ، David Schoenberg کنفرانس را با این جمله آغاز کرد : “حالا ببینیم تا چه حدی مشاهدات با حقایق نظری جور در می آیند.

گرافن یک ماده ابر رسانا

تئوری BCS

در تئوری BCS جذابیت زیادی بین جفت الکترون های دارای اسپین و اندازه حرکت مخالف هستند و مسئول انتقال به حالت ابررسانایی هستند وجود دارد. پایین درجه ی حرارت تبدیل به حالت ابررسانایی، ، جفت هایی از هم چگال ها، یک حالت کوانتومی یگانه ی اشغال شده ی ماکروسکوپیک، که بدون مقاومت جریان می یابد، و میدان های مغناطیسی خارجی ضعیف را screen out می کند، باعث بوجود آمدن یک دیامگنتیزم اندازه گیری شده در اثر میزنر (Meissner) می شود. در دماهای پایین، این باعث مصرف انرژی محدودی می گردد، ، برای جداسازی یکی از جفت ها در هم چگال؛ این شکاف انرژی است که توسط London پیش بینی شده بود؛ و اثرات آن بر روی خواص ابررسانایی توسط John Bardeen در سال های قبل از کشف و ارائه ی تئوری میکروسکوپی به صورت رخدادی بررسی شده بود.بنابراین، حالت ابررسانایی توسط دو جزء تشکیل دهنده مجزا مشخص می شود : یک ابرمیدان (superfield) ، هم چگال، و یک سیال معمولی تشکیل شده از تحریکات تک ذره ای که از جدا شدن از هم هم چگال در دماهای محدود نتیجه می شود. quasiparticle های تحریک شده که سیال معمولی را تشکیل می دهد، در پاسخ به میدان های خارجی ، اثرات منسجم معلوم و مشخصی را از خود نشان می دهند، پدیده ی انسجام که یکی از مشخص کننده های تئوری جفت کننده ی BCS می باشد، اما وگرنه بصورت معمولی رفتار می کنند، که در آن با یکدیگر، با فونون ها ، و با دیواره های ظرف شامل آن ها برخورد می کنند. طول بنیادی که رفتار منسجم در آن می تواند اتفاق بیافتد، طول انسجام (coherence length) ، چند هزار برابر فاصله ی بین ذرات داخلی می باشد. برای درک کردن آن چه اتفاق می افتد، در نظر گرفتن قیاس با یک زمین رقص پر شده از زوج های رقاص که هماهنگ با موزیک حرکت می کنند، می تواند کمک کننده باشد. در حالت عادی، زوج ها مرتبا با یکدیگر برخورد می کنند، اما در حالت ابررسانایی، آن زوج هایی که تعلق به هم چگال دارند، دارای یک قید و بند نامرئی می باشند که به آن ها اجازه می دهد تا به راحتی به حول سالن رقص رقص کنند(a la Rogers And Astaire) و پرواز کنند. اگر زوج های جدا کننده ای وجود دارند؛ فقط منفردهای تحریک شده ی غیر متصل هستند که با یکدیگر و دیوار ه ی سالن رقص برخورد می کنند. تبدیل به ابررسانایی BCS اساسا متفاوت از آن چه ممکن است اگر زوج ها بالای تشکیل شده باشند، سپس متراکم شوند، اتفاق بیافتد، می باشد. و در مورد اخر، طول انسجام چندین برابر فضای بین ذره ای می باشد و بستگی به ندارد.

نظریه ی BCS اثر قابل توجهی در زمینه های دیگر فیزیک داشت. این نظریه پیش بینی می کند که هر سیستم دارای فرمیون های تعامل کننده، می تواند به حالت ابررسانایی برود ، یا در صورت فرمیون های بدون بار، یک تبدیل ابرسیالی، یکی دارای تعامل جذاب برای فرمیون های شبکه ای در مجرای تکانه ی زاویه ای ارائه دهد. کمی بعد از انتشار نتایج اولیه ی تئوری BCS ، Aage Bohr ، Ben Mottleson و David Pines ، در حال کار در کپنهاگ در سال ۱۹۵۷ ، نشان دادند که نوترون ها و پروتون های موجود در هسته ی اتم به خاطر جذب دوسویه شان جفت می شوند، و اینکه می توان معمای قدیمی پدیده ی هسته ای را توجیه کند، در حالی که Yoichiro Nambu در شیکاگو کشف کرد که ترتیب جفت کردن BCS برای پدیده های انرژی بالا در فیزیک ذرات ابتدائی پیدا می شود. حضور ابرسیالات پروتون و نوترون در پالسارهای (pulsar) تازه کشف شده در ۱۹۸۹ احضار شد. (توسط Gordon Baym ، Chris Pethick ، Mal Ruderman ، و David Pines ) به عنوان توضیح برای زوال طولانی مدت glitch ها (پرش های ناگهانی در مدت چرخش پالسار) که در پالسارهای Vela و Crab در سپتامبر و مارس ۱۹۶۹ کشف شده بود. از آنجایی که اتمهای هلیوم ۳ فرمیون هستند و دارای جذب برد بالا می باشند، به طور وسیعی انتظار می رفت که هلیوم ۳ به تبدیل حالت ابرسیال برود، و جامعه فیزیک دمای پایین به دنبال نشانه هایی از آن تبدیل گشت، یک جستجویی که برای Doug Osheroff ، David Lee ، و Bob Richardson در دانشگاه کورنل موفقیت آمیز بود، و در سال ۱۹۷۲ کشف کردند که هلیوم ۳ چند میلی درجه بالای صفر مطلق ابر سیال می شود.

نیازی به گفتن نیست که، الهام شده توسط تئوری BCS ، آزمایشگر های مواد منقبض، رده ی جدیدی از فلزات ابررسانا را معرفی کردند، و مشتاقانه به دنبال موادی که در دماهای نسبتا بالاتر از دماهای تبدیل کمتر از ۲۰ کلوین، که فلزات ابررسانای معمولی را مشخص می کند، ابررسانا می شوند، گشتند. دو رده ی جدید از ابررساناها کشف شدند : مواد الکترون سنگین ، CeCu2Si2 ، UPt3 ، و UBe13 که توسط Frank Steglich ، Zackary Fisk ، Jim Smith ، و Hans Ott در آلمان، در حال کار کردن در Los Alamos ، به عنوان ابررسانا در دماهای حدود یک کلوین شناخته شدند. در حالی که Daniel Jerome در پاریس ابررسانایی را در فلزات آلی تقریبا دو بعدی در حدود ده درجه ی کلوین را کشف کرد. اگرچه ، باوجود تلاش های زیاد Bend Matthias ، که حدود صد ماده ی ابررسانا را کشف کرد، هنوز حد بالایی برای دمای مواد ابررسانا وجود داشت : ۲۳ درجه ی کلوین ، درجه ی حرارتی که از مکانیسم به کار رفته برای ابررسانایی ناشی می شد، تعامل فونون-القائی.

ابررساناهای دمابالا

زمینه ای جدید در علم فیزیک آغاز شد هنگامی که در ۲۷ ژانویه ۱۹۸۶ میلادی، Bednorz و Mueller یک افت مقاومت تیز را در La2-mBamCuO4 در دمای حدود ۳۰ درجه ی کلوین مشاهده کردند. آن ها مقاله ای در این باره به یکی از روزنامه های معتبر اروپائی، ZeitSchrift fur Physik فرستادند و مطالعه ی خود را برروی این ماده ی جدید ادامه دادند تا اطمینان حاصل کنند که تغییر مقاومت ناگهانی، تبدیل به یک حالت ابررسانایی بوده. تا ماه اکتبر، آن ها اثر مایزنر (The Meissner Effect) را مشاهده کرده بودند ، بنابراین یک ماده ابررسانای جدید را به ثبت رساندند. نتایج آن ها در دنیا پخش شد، یک ماه بعد، Tanaka و همکاران وی در توکیو نتایج Bednorz-Muller را تأیید نمودند (یک تأییدیه در یکی از روزنامه های ژاپنی چاپ شد) در حالی که کار آن ها در پکن توسط Zou و همکارانش پشتیبانی و حمایت شد. (کار آنها در دسامبر در یکی از روزنامه ها توضیح داده شد.) در ماه بعد، در نتیجه ی یک تلاش همکارانه بین Paul Chu از دانشگاه هوستون و Mang-Kang Wu از دانشگاه آلاباما، عضو جدیدی از خانواده مواد ابررساناهای دما بالا کشف شد ، YBa2Cu3O7 که دارای بالای ۷۰ درجه ی کلوین بود. بنابراین فقط در طی یک سال از کشف اصلی، دمای انتقال به حالت ابررسانایی افزایش سه برابر داشت. و واضح بود که انقلاب ابررسانا ها هنوز شروع شده است. یک جشن برای بوجود آمدن این فصل در علم فیزیک طی یک جلسه در نیویورک توسط انجمن فیزیک دانان آمریکایی در یک بعد از ظهر یکی از روزهای مارس ۱۹۸۷ برگزار شد. این جشن ۳۰۰۰ شرکت کننده داشت و ۳۰۰۰ نفر نیز این جشن را از طریق تلویزیون مشاهده می کردند .

در طول شش سال بعد، چند خانواده ی دیگر از ابررسانا ها کشف شدند، که شامل سیستمهای مبنی بر -Tl و -Hg می باشند، که به ترتیب دارای حداکثر ۱۲۰ کلوین و ۱۶۰ کلوین می باشند. همگی آنها یک ویژگی که موجب روی دادن ابررسانایی دمای بالا بود، داشتند، وجود پلین های (planes) شامل اتم های O و Cu ی که جدا شده بوسیله ی مواد پل کننده ای که به عنوان حامل بار عمل می کنند هستند. در طی این مدت، حدود چند هزار مقاله در رابطه با ابررسانا ها منتشر گشت (و در زمان حاضر هم منتشر می شود) بدیهی گشت که ابررسانایی دمای بالا وابسته به مسائل بزرگ فیزیک بسیاری در طول دهه ی گذشته ی این قرن بود. حداقل چهار دلیل برای علاقه ی شدید به بالا وجود دارد : یک علاقه ی علمی ذاتی و باطنی، طبیعت انتقال نظم و ترتیبی، (این به حدود جدا کننده ی دانشمندان و شیمی دان های مواد از طریق فیزیکدان های نظری و تجربی می رسد) ؛ کاربردهای بالقوه برای مواد ی که دردماهای بالاتر از ۷۷ کلوین (دمایی که نیتروژن مایع می شود) به عنوان ابررسانا عمل می کنند، کاربردهایی که می توان در سیستم های تلفن سلولی اعمال کرد، خطوط انتقال ابررسانایی، ماشین های MRI استفاده کنند از مغناطیس های بالا، میکروویو های استفاده کننده از مواد ابررسانای جدید، سیستم های ابررسانا/نیمه رسانای هیبریدی؛ و در آخر پیدا کردن ابررسانای دمای اتاق.

تفاوت ابر رساناها با دیگر مواد رسانا

شنناوری ابر رسانا در برابر اهنربا

اَبَررسانایی پدیده‌ای است که در دماهای بسیار پایین برای برخی از مواد رخ می‌دهد. در حالت ابررسانایی مقاومت الکتریکی ماده صفر می‌شود و ماده خاصیت دیامغناطیس کامل پیدا می‌کند، یعنی میدان مغناطیسی را از درون خود طرد می‌کند. طرد میدان مغناطیسی تنها تفاوت اصلی ابررسانا با رسانای کامل است، زیرا در رسانای کامل انتظار می‌رود میدان مغناطیسی ثابت بماند، در حالی که در ابررسانا میدان مغناطیسی همواره صفر است.
مقاومت الکتریکی یک رسانای فلزی به تدریج با کاهش دما کم می‌شود. در رساناهای معمولی مثل مس و نقره، وجود ناخالصی و مشکلات دیگر این روند را کند می‌کند. به طوری که حتی در صفر مطلق هم نمونه‌های معمول مس همچنان مقاومت الکتریکی کمی دارند
در مقابل ابررساناها موادی هستند که اگر دمایشان از یک دمای بحرانی کمتر شود، ناگهان مقاومت الکتریکی خود را از دست می‌دهند. جریانی از الکتریسیته در یک حلقهٔ ابررسانا می‌تواند برای مدت نامحدودی بدون وجود مولد جریان وجود داشته باشد. ابررسانایی نیز پدیده‌ای کوانتومی است و نمی‌توان آن را با فیزیک کلاسیک به مانند یک رسانای مطلوب توصیف کرد.
پدیدهٔ ابررسانایی برای طیف وسیعی از مواد مانند قلع و آلومینیوم وجود دارد. همچنین برخی آلیاژها و نیمه‌رساناها نیز ابررسانا هستند، ولی فلزاتی مثل طلا و نقره این پدیده را از خود نشان نمی‌دهند، همچنین پدیدهٔ ابررسانایی در فلزات فرومغناطیس هم روی نمی‌دهد.

ویژگی های اصلی ابررسانا ها

بیشتر ویژگی های فیزیکی ابررسانا ها در مواد مختلف متفاوت است مانند ظرفیت گرمایی و دمای بحرانی که ابررسانایی در آن دما شروع می شود.ولی در عوض ویژگی هایی وجوددارند که به نوع ماده ی ابررسانا شده بستگی ندارد.مثلا همه ی آنها دارای مقاومت صفر در برابر جریان های کم( بدون حضور میدان مغناطیسی خارجی) هستند.وجود این ویژگی های “جهانی” نشان می دهد که ابر رسانایی یک حالت ترمودینامیکی است و دارای بعضی ویژگی های متمایز است که از جزئیات میکروسکوپی به طور زیادی مستقل است.
ابر رسانا ها قادرند یک جریان را بدون اعمال هیچ گونه ولتاژی ثابت نگه دارند ویژگی ای که در آهنرباهای الکتریکی داخل MRI استفاده می شود.آزمایشات نشان می دهند که جریان در سیمپیچ های ابررسانا  سال ها بدون کاهش قابل اندازه گیری  ادامه می یابند.از نظر آزمایشگاهی جریان در ابررسانا ها تا ۱۰۰,۰۰۰ سال و از نظر تئوری تا عمر جهان ادامه می یابد.

کاربردهای ابررسانا

ابررساناهای دمای پایین امروزه در ساخت آهنرباهای ویژه طیف سنجهای رزونانس مغناطیسی هسته ، رزونانس مغناطیسی برای مقاصد تشخیص طبی ، شتاب دهنده ذره‌ها ، ترنهای سریع مغناطیسی و انواع ابزارهای رسانایی الکترونیکی بکار می‌رود از دیگر کاربردهای آنها می‌توان به دستگاههای عکسبرداری تشدید مغناطیسی هسته وقطارهای جدیدی که توسط نیروهای مغناطیسی در هوا معلق هستند و با سرعت ۴۰۰ کیلومتر بر ساعت حرکت می‌کنند، اشاره کرد. 
اما برای اینکه ابررساناهای دمای بالا در کاربردهای میدان مغناطیسی در دمای بالا رقابت کنند، هنوز زمان لازم دارد، این به علت دشواری در تولید انبوه و با کیفیت بالاست. اگر چه در حال حاضر ، بازار ابررساناهای دمای بالا رونق کمی دارد، گمان می‌رود که در خلال دو دهه آینده کاربرد آن فراگیر و پر رونق شود.

محدوده کاری کاربردهای ابررساناها را با توجه به ملزومات جریانی، دمایی و میدانی

واکنش شما چیست؟
I like it
60%
interested
20%
Hate it
0%
What
20%
درباره نویسنده
میلاد سکاکی

دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید