مهمترین خواص ابررساناها

در مورد مهمترین خواص ابررساناها می‌توان به موارد ذیل اشاره داشت:

-         مقاومت ناچیز در مقابل عبور جریان مستقیم و توانایی عبور چگالی جریان بالا

-         توانایی تولید میدانهای مغناطیسی قوی

-         خاصیت تونل‌زنی

در ادامه توضیحات مختصری در ارتباط با هر یک از این خواص آورده می شود.

   مقاومت ناچیز در مقابل عبور جریان مستقیم و توانایی عبور چگالی جریان بالا

امروزه صرفه ‌جویی در مصرف انرژی، یکی از مهم‌‌ترین نیازهای کشورهای صنعتی است. بودجه‌‌های زیادی صرف تحقیقات در زمینه کشف راه‌های تازه و موثرتر برای یافتن انرژی‌های ارزان‌ و با ریسک کمتر می‌شود. ابررسانایی با نقشی که می‌تواند در زمینه صرفه جویی در تولید و انتقال انرژی الکتریکی بازی کند، در آینده بشر نقشی اساسی خواهد داشت و به همین دلیل در سالهای اخیر بیش از ده هزار پژوهشگر با صرف هزینه‌های زیاد، تحقیقات خود را روی موضوع ابررسانایی و کاربردهای آن در علوم مختلف متمرکز ساخته‌اند. با توجه به مقاومت تقریباً صفر، ابررساناها درشبکه‌های توزیع و انتقال (ترانسفورماتورها و کابل‌ها و ...) و همچنین ماشینهای الکتریکی قابل استفاده هستند. این خاصیت باعث می‌شود که اگر جریانی در یک ابررسانا ایجاد شود، بدون کاهش قابل توجهی برای مدت طولانی برقرار بماند. همینطور شدت جریان عبوری از ابرسانا نیز به علت فقدان افت اهمی بسیار بالاست. برای مثال آلیاژ نیوبیوم و تیتانیوم که در درجه حرارت 4.4 کلوین به حالت ابررسانایی می‌رسد قادر به عبور جریان 2000 آمپر بر میلیمتر مربع در شدت میدان 5 تسلا است. این چگالی صد بار بیشتر از چگالی جریان در سیم‌های مسی معمولی است. البته در صورت افزایش چگالی جریان از حد معینی، ابرسانا در وضعیت مقاومتی قرار می‌گیرد و خاصیت ابررسانایی خود را از دست خواهد داد. جریان یا چگالی جریانی که ابررسانا می‌تواند از خود عبور دهد و خاصیت ابررسانایی را از دست ندهد به جریان بحرانی یا چگالی جریان بحرانی معروف است.

 توانایی تولید میدانهای مغناطیسی قوی

پدیدة ابررسانایی در فناوری‌های جدید از توانایی‌های گسترده‌ای برخوردار است. خواص ابررسانایی در مواد، علاوه بر دمای محیط و شدت جریان عبوری، به میدان مغناطیسی هم‌بستگی دارد. یعنی حتی اگر جسم در دمایی پایین‌تر از حد ابررسانایی باشد، وقتی میدان مغناطیسی از میزان مشخصی بیشتر باشد، خاصیت ابررسانایی از بین خواهد رفت. از این میدان‌ها می‌توان در قطارهای مغناطیسی[1] استفاده کرد. شدت این میدانها برای آلیاژ نیوبیوم و تیتانیوم (NbTi) به حدود 10 تسلا نیز می‌رسد. شدت میدان مغناطیسی در جهت از بین بردن خاصیت ابررسانایی عمل می‌کند. میدان بحرانی به شدت میدانی اشاره دارد که ابررسانا خاصیت خود را در آن شدت میدان از دست می‌دهد.

 خاصیت تونل‌زنی و اثر جوزفسون[2]

این مشخصه به این معنی است که اگر دو ابررسانا را خیلی به هم نزدیک کنیم، مقداری از جریان یکی به دیگری نشت می‌کند. در دو سر این پیوندگاه یا تونل هیچ ولتاژی وجود ندارد. یعنی میزان جریان نشتی به ولتاژ بستگی ندارد ولی به میدان و شار مغناطیسی حتی در مقادیر خیلی کوچک بشدت وابسته است. عملکرد ابررسانا در این زمینه تا حدودی شبیه دیودهای نیمه‌هادی است که به جای اتصال دو نوع نبمه‌هادی نوع n و p به یکدیگر، دو ابررسانا با لایه بسیار نازکی از عایق اتصال داده می‌شوند. اتصال جوزفسون کاربرد‌های زیادی در تکنولوژی سا خت دستگاههای اندازه‌گیری دارد. اتصال جوزفسون، نوعی کلیدزنی بسیار سریع است و کلیدزنی ولتاژ را تقریبا ده برابر سریعتر از مدارهای نیمه رسانای متداول انجام می‌دهد که مزیتی ممتاز برای استفاده در کامپیوتر‌ها می‌باشد. از آنجائی که سرعت کامپیوتر وابسته به انتقال پالس از تجهیزات است، سرعت بالای سوئیچینگ باعث بالا رفتن سرعت کامپیوتر و کوچک شدن حجم کامپیوتر خواهد شد. به علاوه اثر جوزفسون منجر به سرعت و حساسیت بی‌نظیر ادوات الکتریکی همچون پیوند جوزفسون و ادوات تداخل کوانتوم ابررسانایی[3] که برای اندازه‌گیری‌های مغناطیسی فوق العاده حساس در زمینه ژئوفیزیک، شیمی تجزیه و دارو سازی استفاده می‌شود. یک مدار ابررسانا قادر به حفظ جریان الکتریکی بدون وجود منبع تغذیه است. از این خاصیت در آهنربای الکتریکی که در MRI [4]به کار برده می‌شود، استفاده می‌گردد. آزمایش‌های تجربی نشان می‌دهد که طول عمر جریان در چنین مداراتی حداقل برابر با صد هزار سال است. البته از لحاظ تئوری این طول عمر بیش‌از طول عمر جهان تخمین زده می‌شود.

---

[1] Magnetic Levitating Train

[2] Brian David Josephson

[3] Superconducting Quantum Interference Device

[4] Magnetic Resonance Imaging