Υπεραγωγιμότητα
είναι μια ιδιότητα που εμφανίζεται από ορισμένα υλικά σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες.
Τα υλικά που διαπιστώθηκε ότι έχουν αυτή την ιδιότητα περιλαμβάνουν μέταλλα και τα κράματά τους
(κασσίτερος, αλουμίνιο και άλλα), ορισμένοι ημιαγωγοί και ορισμένα κεραμικά
γνωστά ως χαλκό που περιέχουν άτομα χαλκού και οξυγόνου. ΕΝΑ
υπεραγωγός άγει ηλεκτρισμό χωρίς αντίσταση, ένα μοναδικό
ιδιοκτησία. Απωθεί επίσης τέλεια τα μαγνητικά πεδία σε ένα φαινόμενο
γνωστό ως φαινόμενο Meissner, χάνοντας οποιοδήποτε εσωτερικό μαγνητικό πεδίο
μπορεί να είχε πριν ψυχθεί σε κρίσιμη θερμοκρασία. Επειδή
από αυτό το αποτέλεσμα, μερικά μπορούν να γίνουν να επιπλέουν ατελείωτα πάνω από ένα ισχυρό
μαγνητικό πεδίο.
Για
στα περισσότερα υπεραγώγιμα υλικά, η κρίσιμη θερμοκρασία είναι κάτω από περίπου
30 K (περίπου -406°F ή -243°C). Μερικά υλικά, που ονομάζονται
υπεραγωγοί υψηλής θερμοκρασίας, κάνουν τη μετάβαση φάσης σε αυτό
κατάσταση σε πολύ υψηλότερες κρίσιμες θερμοκρασίες, συνήθως υψηλότερες από 70 Κ
(περίπου -334°F ή -203°C) και μερικές φορές έως και 138 Κ
(περίπου -211°F ή -135°C). Αυτά τα υλικά είναι σχεδόν
πάντα κεραμικά χαλκού-περοβσκίτη. Εμφανίζονται ελαφρώς διαφορετικά
ιδιότητες σε σχέση με άλλους υπεραγωγούς και τον τρόπο μετάβασής τους
ακόμα δεν έχει εξηγηθεί πλήρως. Μερικές φορές ονομάζονται Τύπος II
υπεραγωγούς για να τους ξεχωρίσει από τον πιο συμβατικό Τύπο
I.
Το σεμινάριο
η θεωρία των συμβατικών υπεραγωγών χαμηλής θερμοκρασίας, ωστόσο, είναι
καλά κατανοητές. Σε έναν αγωγό, τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσω ενός ιοντικού
πλέγμα ατόμων, απελευθερώνοντας μέρος της ενέργειάς τους στο πλέγμα και
θέρμανση του υλικού. Αυτή η ροή ονομάζεται ηλεκτρική ενέργεια. Επειδή η
ηλεκτρόνια προσκρούουν συνεχώς στο πλέγμα, μερικά από αυτά
χάνεται ενέργεια και το ηλεκτρικό ρεύμα μειώνεται σε ένταση καθώς αυτό μειώνεται
ταξιδεύει σε όλο τον αγωγό. Αυτό σημαίνει ηλεκτρικό
αντίσταση στην αγωγιμότητα.
In
ένας υπεραγωγός, τα ηλεκτρόνια που ρέουν συνδέονται μεταξύ τους
ρυθμίσεις που ονομάζονται ζεύγη Cooper, τα οποία πρέπει να δεχτούν ένα σημαντικό τράνταγμα
της ενέργειας που πρέπει να διασπαστεί. Έκθεση ηλεκτρονίων σε ζεύγη Cooper
υπερρευστικές ιδιότητες, που ρέουν ατελείωτα χωρίς αντίσταση. ο
ακραίο κρύο σημαίνει ότι τα άτομα των μελών του δεν δονούνται έντονα
αρκετά για να χωρίσουν τα ζευγάρια Cooper. Κατά συνέπεια, τα ζευγάρια παραμένουν
απεριόριστα συνδεδεμένα μεταξύ τους όσο η θερμοκρασία παραμένει κάτω
την κρίσιμη τιμή.
Ηλεκτρονίων
σε ζεύγη Cooper έλκονται το ένα το άλλο μέσω της ανταλλαγής φωνονίων,
κβαντισμένες μονάδες δόνησης, μέσα στο δονούμενο πλέγμα του
υλικό. Τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να συνδεθούν απευθείας μεταξύ τους με τον τρόπο αυτό
τα νουκλεόνια κάνουν επειδή δεν βιώνουν το λεγόμενο
ισχυρή δύναμη, η «κόλλα» που συγκρατεί τα πρωτόνια και
νετρόνια μαζί στον πυρήνα. Επιπλέον, τα ηλεκτρόνια είναι όλα
φορτίζονται αρνητικά και κατά συνέπεια απωθούν το ένα το άλλο αν πάρουν κι αυτά
κοντά μεταξύ τους. Κάθε ηλεκτρόνιο αυξάνει ελαφρώς το φορτίο του
ατομικό πλέγμα που το περιβάλλει, ωστόσο, δημιουργώντας έναν τομέα δικτύου
θετικό φορτίο που με τη σειρά του έλκει άλλα ηλεκτρόνια. Η δυναμική του
Περιγράφηκε το ζευγάρωμα Cooper σε συμβατικούς υπεραγωγούς
μαθηματικά από τη θεωρία της υπεραγωγιμότητας BCS, που αναπτύχθηκε το 1957
από τους John Bardeen, Leon Cooper και Robert Schrieffer.
As
Οι επιστήμονες συνεχίζουν να ανακαλύπτουν νέα υλικά που υπεραγωγούν σε υψηλότερα επίπεδα
θερμοκρασίες, πλησιάζουν στην ανακάλυψη ενός υλικού που θα
ενσωματωθεί με τα δίκτυα ηλεκτροδότησης και τα ηλεκτρονικά μας σχέδια χωρίς επιβάρυνση
τεράστιους λογαριασμούς ψύξης. Μια σημαντική πρόοδος έγινε το 1986 όταν
Ο JG Bednorz και ο KA Müller ανακάλυψαν αυτά που εργάζονται σε
υψηλότερες θερμοκρασίες, αυξάνοντας την κρίσιμη θερμοκρασία αρκετά ώστε η
η απαραίτητη ψυχρότητα θα μπορούσε να επιτευχθεί με υγρό άζωτο παρά
με ακριβό υγρό ήλιο. Εάν οι ερευνητές μπορούσαν να ανακαλύψουν επιπλέον
υλικά που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν με αυτόν τον τρόπο, ίσως θα γινόταν
οικονομικά εφικτή η μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα
αποστάσεις χωρίς απώλεια ισχύος. Μια ποικιλία από άλλες εφαρμογές επίσης
υπάρχουν σε επιταχυντές σωματιδίων, κινητήρες, μετασχηματιστές, αποθήκευση ισχύος,
μαγνητικά φίλτρα, σάρωση fMRI και μαγνητική αιώρηση