ابررسانایی چیست

در سال ۱۹۰۸ هایك كمرلینگ اونز هلندی در دانشگاه لیدن موفق به تولید هلیوم مایع گردید و با استفاده از آن توانست به درجه حرارت حدود یك درجه كلوین برسد

در سال ۱۹۰۸ هایك كمرلینگ اونز هلندی در دانشگاه لیدن موفق به تولید هلیوم مایع گردید و با استفاده از آن توانست به درجه حرارت حدود یك درجه كلوین برسد. یكی از اولین بررسی‌هایی كه اونز با دسترسی به این درجه حرارت پایین انجام داد، مطالعه تغییرات مقاومت الكتریكی فلزات بر حسب درجه حرارت بود.

چندین سال قبل از آن معلوم شده بود كه مقاومت فلزات وقتی دمای آنها به كمتر از دمای اتاق برسد كاهش پیدا می‌كند؛ اما معلوم نبود كه اگر درجه حرارت تا حدود كلوین تنزل یابد، مقاومت تا چه حد كاهش می‌یابد.

اونز كه با پلاتینیوم كار می‌كرد متوجه شد كه سرد شدن نمونه پلاتینیوم با اندكی كاهش در مقاومت الكتریكی آن همراه است كه 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 كه در درجه حرارت خیلی پایین، مقاومت جیوه تا حد غیرقابل اندازه‌گیری كاهش می‌یابد كه البته موضوع شگفت‌انگیزی نبود اما نحوه از بین رفتن مقاومت غیر منتظره به نظر می‌رسید.

اونز مشاهده نمود هنگامی كه درجه حرارت جیوه به سمت صفر درجه مطلق تنزل داده می‌شود، كاهش آرام مقاومت ناگهان در حدود ۴ درجه كلوین 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 كه پایین تر از ۴ درجه كلوین، جیوه به حالت دیگری از خواص الكتریكی كه كاملا با حالتهای شناخته شده قبلی متفاوت بود رسیده است. این حالت تازه «ابررسانایی» نام گرفت.

مدتی بعد مشخص شد كه با تغییر برخی شرایط مانند افزایش دوباره دما، ابررسانایی از بین می‌رود یعنی مقاومت الكتریكی فلزاتی كه به وضعیت ابررسانایی رسیده‌اند، مجددا قابل بازیابی است. همچنین با بررسی خصوصیتهای مغناطیسی فلزات ابررسانا، مشخص شد كه اگر یك میدان مغناطیسی قوی به ابررسانا اعمال شود، خواص مغناطیسی فلز ابررسانا نسبت به درجه حرارت‌های معمولی بسیار متفاوت می‌باشد.

بر اساس تحقیقات انجام شده، تاكنون مشخص شده است كه نصف عناصر فلزی و همچنین برخی آلیاژها و سرامیكها در درجه حرارت‌های پایین ابررسانا می‌شوند. مشكل اصلی در استفاده از ابررساناها، ایجاد دمای بسیار پایین آن است. دمای ابررسانایی برای ابررساناهای اولیه در حدود كمتر از ۲۵ درجه كلوین (۲۴۸- درجه سانتیگراد) بود و تنها با كمك ئیدروژن یا هلیوم مایع مهیا می‌شد كه بسیار گران قیمت و خطرناك است.

بعد از حدود هفت دهه از كشف ابررساناهای معمولی، سرانجام در سال ۱۹۸۶ مواد سرامیكی جدیدی از نوع اكسیدهای مس كشف شدند كه در دمای بالاتر از ۷۷ درجه كلوین كه 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 كه در فشار بالا و دمای حدود ۱۶۵ درجه كلوین (۱۰۸- درجه سانتیگراد) ابررسانا می‌شوند.