ابر رسانا چیست؟
ابر رسانا
ابر رسانا (در انگلیسی superconductor) ماده‌ای است که زمانی که دمای آن از دمای مشخصه‌ای که دمای بحرانی (critical temperature) نام دارد کم‌تر شود، مقاومت الکتریکی آن به صفر می‌رسد و میدان مغناطیسی قوی تولید می‌کند. ابررسانایی همانند فرومغناطیس و خطوط طیفی اتم‌ها، یک پدیده مکانیک کوانتومی است.در ادامه بیشتر با ابر رسانا آشنا خواهیم شد پس با پورتال جامع مهندسین ایران همراه باشید.
توصیف ابر رسانایی
مقاومت الکتریکی یک رسانای فلزی با کاهش دما به تدریج کم می‌شود. در رساناهای معمولی مانند مس و نقره، این کاهش با وجود ناخالصی‌ها و عیوب دیگر محدود شده است. حتی نزدیک به صفر مطلق، یک نمونه واقعی از یک رسانای طبیعی مقداری مقاومت از خود نشان می‌دهد.
در یک ابر رسانا، وقتی ماده به زیر دمای بحرانی سرد می‌شود، مقاومت به صورت ناگهانی به صفر افت می‌کند. یک جریان الکتریکی عبوری از یک حلقه از سیم‌های ابر رسانا می‌تواند بدون منبع قدرت تا بی‌نهایت برقرار باقی بماند.
یک آهن‌ربا که بر روی یک ابررسانای دما بالای سرد شده با نیتروژن مایع شناور شده است. جریان الکتریکی پیوسته‌ای در سطح ابررسانا برقرار می‌شود که در جهت خلاف میدان مغناطیسی آهن‌ربا عمل می‌کند (قانون القای فارادی). این جریان به طور موثری یک آهن‌ربای الکتریکی ایجاد می‌کند که آهن‌ربا را دفع می‌کند.
در سال ۱۹۸۶ مشخص شد که برخی سرامیک‌های کوپرات-پروسکایت (cuprate-perovskite ceramic) دارای دمای بحرانی بالاتر از ۹۰ کلوین یا ۱۸۳- درجه سانتی‌گراد هستند. چنین دمای بالایی از لحاظ تئوری برای ابررساناهای معمول غیر ممکن است که این منجر به نامیده شدن این مواد به ابررسانای دما بالا (high-temperature superconductors) شد. نیتروژن مایع جوش در دمای ۷۷ کلوین می‌جوشد و ابررسانایی در دماهای بالاتر از این، بسیاری از آزمایشات و کاربردهایی که در دمای پایین‌تر کم‌تر عملی است را تسهیل می‌کند.
دسته‌بندی ابر رساناها
چند معیار برای دسته‌بندی ابررساناها وجود دارد. که متداول‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:
بر حسب پاسخ آن‌ها به یک میدان مغناطیسی:
ابررساناها می‌توانند نوع I باشند، به این معنی که دارای یک میدان بحرانی تکی هستند که در بالای آن همه ابررسانایی از دست می‌رود؛ و یا می‌توانند نوع II باشند، به این معنی که دارای دو میدان بحرانی هستند که در بین آن‌ها اجازه نفوذ بخشی از میدان مغناطیسی را می‌دهند.
بر حسب تئوری توضیح‌دهنده آن‌ها:
می‌توانند از نوع متعارف (conventional) باشند که در این صورت بر حسب تئوری BCS یا مشتقات آن توصیف می‌شوند و یا در غیر این صورت غیر متعارف (unconventional) باشند.
بر حسب دمای بحرانی (critical temperature):
می‌توانند دما بالا (high temperature) باشند که معمولا در صورتی که با سرد شدن به وسیله نیتروژن مایع به تنهایی به حالت ابررسانایی برسند و به عبارتی دمای بحرانی آن‌ها بیش از ۷۷ کلوین باشد، دما بالا در نظر گرفته می‌شوند؛ و یا دما پایین باشند که در این صورت نیاز به روش‌های دیگری دارند تا به زیر دمای بحرانی خود سرد شوند.
بر حسب ماده:
می‌توانند عناصر شیمیایی مانند جیوه یا سرب (lead)، آلیاژها (alloys) مانند نیوبیوم-تیتانیوم یا ژرمانیم-نیوبیوم و یا نیترید نیوبیوم باشند، سرامیک (ceramics) همانند YBCO یا دیبروید منیزیم (magnesium diboride) و یا ابررساناهای آلی (organic superconductors) همانند فولرین (fullerenes) یا نانوتیوب‌های کربنی (carbon nanotubes) باشند؛ البته مورد آخر از لحاظ فنی ممکن است در میان عناصر شیمیایی قرار گیرد زیرا به طور کامل از کربن تشکیل شده است.
منبع: mechanism
