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.
فیزیک ماده چگال
QuantumPhaseTransition.png
فاز · گذار فاز
فازهای ماده[نمایش]
پدیده‌های مربوط به فاز[نمایش]
فازهای الکترونی[نمایش]
پدیده‌های الکترونی[نمایش]
فازهای مغناطیسی[نمایش]
شبه‌ذرات[نمایش]
فیزیک ماده چگال نرم[نمایش]
دانشمندان[نمایش]
ن
ب
و
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. مانند پدیدهٔ فرومغناطیس و خطوط طیفی اتم‌ها، ابررسانایی نیز پدیده‌ای کوانتومی است۔، ھر چند یک تئوری جهانشمول برای اَبَررسانایی وجود ندارد. 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. در سال ۱۹۸۶ ابررسانایی دمای بالا کشف شد. دمای بحرانی این ابررساناها بیش از ۹۰ کلوین است. نظریه‌های کنونی ابررسانایی نمی‌توانند ابررسانایی دمای بالا را، که به ابررسانایی نوع ۲ (Type II) معروف است، توضیح دهند. از نظر عملی ابرساناهای دمای بالا کاربردهای بسیار بیشتری دارند، زیرا در دماهایی ابررسانا می‌شوند که راحت‌تر قابل ایجاد هستند. پژوهش برای یافتن موادی که دمای بحرانی آنها باز هم بیشتر باشد، و همچنین برای یافتن نظریه‌ای برای توضیح ابررسانایی دمای بالا همچنان ادامه دارد.
محتویات
۱ پیشینه
۲ خواص ابررساناها
۳ مقاومت صفر در برابر جریان
۴ گذار به فاز ابررسانایی
۵ ابرسانایی نوع ۱ و نوع ۲
۶ اثر مایسنر
۶.۱ دسته‌بندی ابررساناها
۷ نظریه‌های ابررسانایی
۸ تاریخچهٔ ابررسانایی
۹ کاربردها
۱۰ نارسانا ها، نیمه رسانا ها و رسانا ها
۱۱ تاریخچه تحقیقات
۱۲ مهمترین خواص ابر رسانا ها
۱۳ ابر رسانا ها و تکنولوژی
۱۴ تفاوت بین ابر رساناهای سرامیکی و فلزی
۱۵ جستارهای وابسته
۱۶ منابع
۱۷ پیوند به بیرون
پیشینه
ویژگی ابررسانایی از سوی پروفسور هلندی، کمرلینگ اونز 1 در سال 1911 در دانشگاه لیدن 2 دیده شد. وی دریافت که در دمای خیلی پایین، مقاومت جیوه تا حد اندازه‌گیری ناپذیری کاهش می‌یابد. وی دریافت هنگامی که دمای جیوه به سوی صفر هروسپ(مطلق) کاهش داده میشود، روند کم شدن آرام مقاومت به ناگهان نزدیک به دمای 4 درجه کلوین با افت بسیار بزرگی روبرو شده و پایینتر از این دما، جیوه هیچ گونه مقاومتی از خود نشان نمی‌دهد. اونز به این پی‌آمد رسید که در دمای کمتر از 4 درجه کلوین، جیوه به حالت دیگری از ویژگی‌های فرهی که بگونه هروسپ از حالتهای شناخته شده پیشین متفاوت بود، رسیده است. این حالت تازه ابررسانایی نام گرفت.[۱]
خواص ابررساناها
بیشتر خواص ابررساناها از ماده‌ای به مادهٔ دیگر تغییر می کند. خواصی مانند ظرفیت گرمایی و دمای بحرانی. اما گذشته از اینها، دستهٔ خاصی از خواص تمام ابر رساناها مشترک است، از جمله این که در دماهای بسیار پایین، مقاومت خود را به کلی دربرابر جریان از دست میدهند و همچنین دیگر هیچ میدان مغناطیسی داخلی در آنها وجود نخواهد داشت. با توجه به چنین خواص مشترکی می‌توان ابررسانایی را یک فاز(ماده)فاز ترمودینامیکی برای ماده دانست. ابررسانا شدن را می‌توان گذار فازی به فاز دیگر قلمداد کرد. چیزی همانند تغییر حالت آب از مایع به گاز و یا برعکس.
مقاومت صفر در برابر جریان
یکی از راه‌های ابتدایی برای سنجش مقاومت الکتریکی مواد، قرار دادن آنها در یک مدار به همراه یک منبع تغذیه و سپس اندازه گیری ولتاژ و آمپر و سنجش مقاومت از فرمول R=\frac{V}{I} است. اگر اختلاف پتانسیل صفر باشد، بدین معنی خواهد بود که مقاومت رسانا در برابر جریان صفر است و آن ماده یک ابررسانا است. ابررساناها میتوانند جریانی را بدون وجود ولتاژ عامل، حفظ کنند. خاصیتی که در آهنرباهای ابررسانا استفاده میشود که کاربرد وسیعی دارند. برای مثال از این آهنرباها در دستگاه MRI استفاده میشود. آزمایش‌های گوناگون نشان می‌هد حلقه‌ای از ابررساناها میتواند برای سالها جریان را بدون هیچ افت قابل اندازه گیری حفظ کند. آزمایش‌های عملی نیمه عمر جریان را در چنین مدارهایی بیش از صد هزار سال برآورد میکنند و به صورت تئوری جریان در حلقه‌ای ابررسانا، میتواند تا مدت زیادی باقی بماند مدتی که حتی از عمر جهان هم بیشتر خواهد بود! در رساناهای معمولی، جریان الکتریکی را می‌توان به صورت شار الکترون‌ها در یک شبکهٔ یونی تصویر کرد. الکترون‌ها در این حرکت به طور پیوسته در حال برخورد با شبکهٔ یونی هستند. در این برخوردها بخشی از انرژی الکترون توسط شبکهٔ یونی به گرما تبدیل میشود که در واقع همان انرژی جنبشی شبکهٔ یون است. در نتیجه بخشی از انرژی الکترون‌ها در واقع هدر می‌رود. این حالت را مقاومت الکتریکی می‌نامیم. اما وضع در ابررساناها به گونه‌ای دیگر است. در ابررساناهای معمول نمی‌توان جریان را به تک الکترون‌های جاری نسبت داد. در عوض می‌توان جریان را حاصل جفت الکترون‌های کوپر دانست که به هم وصل می‌شوند و با تعویض فونون‌های خود، کاملاً در کنار هم می‌مانند. طبق نظریهٔ مکانیک کوانتومی طیف انرژی این جفت کوپر دارای حداقل سطح خاص است و از آن کمتر نمی‌تواند باشد. در نتیجه ΔE حاصل را که می‌توان آن را حداقل میزان انرژی جفت کوپر دانست، میتواند تنها دو حالت برای جفت کوپر و در نتیجه جریان پدید آورد. یا مقدار ΔE از مقدار kT که انرژی شبکهٔ یونی است و در آن k ثابت بولتزمن و T هم دمای شبکه است؛ بیشتر است که در این حالت جریان توسط شبکهٔ یونی به هدر نمی‌رود و این یعنی جفت کوپر یک ابرشار را پدید می‌آورد که میتواند بدون افت انرژی از شبکهٔ یونی عبور کند.
گذار به فاز ابررسانایی
نمودار سبز مقاومت ابررسانا در برابر جریان و نموادر آبی ظرفیت گرمایی ویژه آن را نشان میدهد.
در مواد ابررسانا، پدیدهٔ ابررسانایی زمانی ظهور می‌کند که دمای ماده، T از مقدار بحرانی، T_c کمتر شود. مقدار دمای بحرانی از ماده‌ای به مادهٔ دیگر متفاوت است. دمای بحرانی ابررساناهای معمول چیزی بین ۲۰ کلوین تا زیر یک کلوین است. برای نمونه، دمای بحرانی جیوه ی جامد ۴٫۲ کلوین است ولی دمای بحرانی منیزیم دی بورید ۳۹کلوین است. گرچه این ماده خواصی چنان دارد که نمی‌بایست آن را در دستهٔ ابررساناهای معمول جای داد. ابررساناهای ترکیبی میتوانند دمایی بحرانی بسیار بالاتری داشته باشند. برای مثال YBa۲Cu۳O۷ ابررسانایی است که دمای بحرانی آن ۹۲ کلوین است و درواقع اولین ابررسانای دمای بالا بود که کشف شد. همچنین ابررساناهای دمای بالای دیگری بر پایهٔ جیوه کشف شده‌اند که دمای بحرانی آنها نزدیک ۱۴۰ کلوین است. هنوز هیچ نظریه‌ای قادر به توضیح چگونگی پدید آمدن ابررساناهای دمای بالا نبوده‌است. تعویض فونون میتواند نوع عملکرد ابررساناهای معمول را توضیح دهد اما برای ابررساناهای با دمای بحرانی بسیار بالا نمی‌توان از این تئوری هم استفاده کرد.
شروع پدیدهٔ ابررسانایی با تغییرات زیادی در خواص فیزیکی ماده همراه است که به همین سبب آن را فاز جدیدی می‌نامند. برای مثال ظرفیت گرمایی ماده از قوانینی تبعیت می‌کند که در زمان ابررسانا نبودن ماده وجود دارند. در گذر به فاز ابررسانایی، ظرفیت گرمایی ماده ناگهان پرشی با بالا می‌کند و سپس به صورت خطی کم و کمتر میشود تا به کلی از بین برود. در دمای پایین این تغییرات به صورت e^{\frac{-\alpha}{T}} است که α در آن ثابت است و این خود نشان میدهد که گاف انرژی وجود دارد. تغییر فاز به ابررسانایی مدت زیادی مورد بحث بین دانشمندان بوده‌است. در حالی که آزمایش‌ها نشان می‌دادند که این تغییر از مرتبهٔ دوم است، بدین معنی که گرمای نهانی در این تغییر وجود ندارد، در دههٔ ۱۹۷۰ محاسبات این احتمال را مطرح کردند که شاید این تغییر وضعیت را بتوان با لحاظ کردن نوسانات بلند برد در میدان مغناطیسی، تغییر فازی نوع اول به حساب آورد. به تازگی با کمک نظریهٔ آشوب است که مشخص شده خطوط مارپیچ ابررسانا در این بین نقشی عمده دارند و این گذار حالت برای ابررساناهای نوع دوم گذری از مرتبهٔ دوم و برای ابررساناهای نوع اول، گذری از مرتبهٔ اول است.
ابرسانایی نوع ۱ و نوع ۲
اگر میدان مغناطیسی خیلی قوی باشد، اثر مایسنر از بین می‌رود. همین پدیده ابررساناها را به دو نوع تقسیم می‌کند: در ابررساناهای نوع ۱ (Type I) اگر میدان مغناطیسی از یک حد آستانه (H_c) بیشتر شود، ابرسانایی ناگهان از بین می‌رود. بسته به شکل هندسی نمونه، ممکن است حالتهای میانی‌ای هم ایجاد شوند که در آن ناحیه‌های عادی (که در آنها میدان وجود دارد) و ناحیه‌های ابرسانا (که میدان درون‌شان صفر است) هم‌زمان وجود داشته باشند. در ابررساناهای نوع ۲ (Type II) اگر میدان مغناطیسی از حد H_{c1} بیشتر شود، حالت مخلوطی ایجاد میشود که در آن شار مغناطیسی روبه‌افزایشی از ماده می‌گذرد، ولی مقاومت ماده، اگر جریان خیلی زیاد نباشد، همچنان صفر باقی می‌ماند. در حد دوم از میدان مغناطیسی H_{c2} ابررسانایی از بین می‌رود.
بیشتر ابررساناهایی که عنصر ساده هستند (به جز نیوبیوم، تکنسیوم، وانادیوم و نانولوله‌های کربنی) نوع ۱ هستند، و تقریباً همهٔ ابررساناهای ناخالص و ترکیبی نوع ۲ هستند.
اثر مایسنر
نوشتار اصلی: اثر مایسنر
زمانی که یک ابررسانا در یک میدان مغناطیسی ضعیف خارجی قرار می‌گیرد. میدان فقط به مقدار ناچیز λ در داخل ابررسانا نفوذ کند که به آن عمق نفوذ لندن (London penetration depth) می گویندکه با گذشت زمان این مقدار به صفر می‌رسد. به این پدیده اثر مایسنر میگویند و این اثر مشخصهٔ ویژهٔ ابررسانا را مشخص می‌کند. برای بیشتر ابررساناها عمق نفوذ لندن تقریباً در حدود ۱۰nm می‌باشد.
اثر مایسنر در بعضی در مقابل انتظاری که از یک رسانای الکتریکی ایده‌آل می‌رود مواقع گیج کننده می‌باشد. مطابق قانون لنز وقتی که تغییرات میدان بر یک رسانا اعمال میشود در هادی جریانی القاء میشود که جهت این میدان در خلاف جهت میدان به وجود آورنداش است. در رسانای ایده‌آل جریان بزرگی در هادی القاء میشود که نتیجه‌اش خنثی کردن میدان اصلی می‌باشد. اثر مایسنر با بحث بالا متفاوت است.فرض کنید فلزی داریم که در وضعیت عادی است و دارای میدان مغناطیسی ثابت (داخلی) است. حال آن را سرد می‌کنیم تا به دمای بحرانی برسد در این زمان ما شاهد از بین رفتن فوری میدان خواهیم بود. که مطابق قانون لنز چنین انتظاری نمی‌رود.
اثر مایسنر به کمک دو برادر Fritz و Heinz London مطرح شد که نشان دادند که انرژی آزاد الکترومغناطیسی در ابررسانا مینیمم مقدار است.
\nabla^2\mathbf{H} = \lambda^{-2} \mathbf{H}\,
در این فرمول H میدان مغناطیسی و λ عمق نفوذ لندن است. معادلهٔ بالا که معادلهٔ لندن نام دارد پیش گویی می‌کند که جدا از میدان موجود در سطح میدان مغناطیسی در داخل ابررسانا به صورت تابع نمایی از بین می‌رود. اثر مایسنر در میدان‌های بسیار بزرگ دیده نمی‌شود.
همانطور که در تصویر بالا دیده می شود، ابررسانا های نوع 1، در مجاورت با میدان مغناطیسی خارجی، میدان را دفع می کنند . در حالیکه در ابررساناهای نوع 2، دیده می شود که آنها بار میدان مغناطیسی خارجی را از خود عبور می دهند و آنها را دفع نمی‌کنند .
دسته‌بندی ابررساناها
بنا به گفتهٔ بالا ابررساناها را می‌توان به دو نوع مختلف تقسیم کرد. ابررساناهای نوع ۱ که در آنها خاصیت ابرررسانایی در زمان رسیدن میدان به مقدار بحرانی Hc ناگهان از بین می‌رود. وابسته به شکل هندسی فلز مورد آزمایش ممکن است ماده به یک وضعیت دیگری برود که در آن هم خاصیت مادهٔ نرمال و هم خاصیت ابررسانایی را به طور مخلوط داشته باشد.
در ابررساناهای نوع۲ افزایش میدان و رسیدن به مقدار بحرانی Hc۱ ما را به یک وضعیت مختلط می‌رساند که در آن نفوذ شار مغناطیسی با افزایش همراه است ولی همچنان مقاومتی در برابر جریان وجود ندارد تا زمانی که میدان بیش از حد بزرگ شود در میدان بحرانی دوم Hc۲ ابررسانا از بین می‌رود.
نظریه‌های ابررسانایی
هنوز هیچ نظریه‌ای که بتواند همهٔ انواع مشاهده‌شدهٔ ابررسانایی را توصیف کند، وجود ندارد. اصول پایه‌ای ابررسانایی در سال ۱۹۵۷ توسط سه فیزیکدان آمریکایی (جان باردین، رابرت شریفر و لئون کوپر) توضیح داده شد و به نام این سه فیزیکدان نظریهٔ BCS نام گرفت.
Wiki letter w.svg این بخش از این نوشتار خُرد است. با گسترش آن به ویکی‌پدیا کمک کنید.
تاریخچهٔ ابررسانایی
ابررسانایی را در سال ۱۹۱۱ هایک کمرلینگ اونز هلندی از دانشگاه لیدن کشف کرد. او مقاومت الکتریکی جیوهٔ جامد را در دماهای پایین بررسی می‌کرد و از هلیوم مایع -که تازه کشف شده بود- به عنوان سردکننده استفاده می‌کرد. او فهمید که در دمای ۴٫۲K مقاومت ناگهان به صفر می‌رسد. جایزه نوبل فیزیک در سال ۱۹۱۳ به همین خاطر به او داده شد.
در دهه‌های بعد، خاصیت ابررسانایی در مواد دیگری نیز دیده شد. در سال ۱۹۱۳ دیده شد که سرب (در دمای ۷K) و در سال ۱۹۴۱ نیترید نیوبیوم (در دمای ۱۶K) ابررسانا می‌شوند.
گام مهم بعدی در فهم ابررسانایی در سال ۱۹۳۳ اتفاق افتاد. در این سال مایسنر و اوخنفلد دریافتند که ابرساناها میدان مغناطیسی خارجی را طرد میکنند؛ پدیده‌ای که امروزه اثر مایسنر نامیده میشود. در سال ۱۹۳۵ فریتز و هاینز لندن نشان دادند که اثر مایسنر نتیجه‌ای از کمینه‌بودن انرژی آزاد الکترومغناطیسی حمل‌شده توسط جریان‌های ابررسانا است.
در سال ۱۹۵۰ تئوری (Ginzburg-Landau) توسط لو لانداو و Ginzburg مطرح شد. این تئوری که ترکیبی از تئوری مرتبهٔ دوم لو لانداو با معادلهٔ موج اروین شرودینگر می‌باشد دارای توضیح خوبی دربارهٔ مشخصه و خواص ابررساناها است. بخصوص Abrikosov نشان داد که تئوری Ginzburg-Landau پیشبینی تقسیم بندی ابررساناها را به دو دستهٔ نوع۱ type۱ و نوع۲ type۲ را کرده بود.
آقای Ginzburg و آقای Abrikosov در در سال ۲۰۰۳ برندهٔ جایزهٔ نوبل شدند (Landau در سال ۱۹۶۸ دارفانی را وداع گفت).
همچنین در سال ۱۹۵۰ Maxwell و رینولدز (ابهام‌زدایی) در جای دیگر یافتند که دمای بحرانی ابررساناها به جرم ایزوتوپی جزء اصلی عنصر بستگی دارد. این کشف مهم اشاره دارد به اثر متقابل الکترون و فونون lectron-phonon در نتیجهٔ مکانیزم میکروسکوپی مسئول برای ابررسانایی.
تئوری کامل میکروسکوپی ابررساناها در سال ۱۹۵۷ توسط آقایان Bardeen و Cooper و Schrhffer ارائه شد که مستقلاً پدیدهٔ ابررسانایی توسط Nikolay Bogolyubov توضیه داده شد.
این تئوری BCS (Bardeen Cooper Schrieffer) جریان ابررساناها را به عنوان ماده‌ای با هدایت فوق العاده زیاد با زوجهای کوپر توضیح میدهد. (اثر متقابلی که جفتهای الکترون در مبادلهٔ فونون)
تئوری به عنوان ستون و پایه در سال ۱۹۵۸ قرار گرفت زمانی که Bogolyubov نشان داد که تابع موج BCS که استنتاج شده از یک استدلال متغیر است و میتواند بدست بیاید با تغییر قانونی و متعارف تئوری الکترونیک Hamiltonian. در سال ۱۹۵۹ Lev Gorkov اثبات کرد که تئوری BCS نزدیک به تئوری Ginzburg-Landau است و نزدیک به دمای بحرانی است.
در سال ۱۹۶۲ اولین سیم تجاری ابررسانا از آلیاژ نیوبیم- تیتانیم (niobium-titanium) در Westinghouse تحقیق شد.در همین سال Josephson مهمترین پیش بینی تئوریکی را انجام داد که چنین بود: یک ابر جریان میتواند از بین دو قطعه ابررسانا که با یک لایه نازک ایزوله شده‌اند جاری شود. این پدیده اثر جوزفسون (effect Josephson) نام دارد که استخراج شده از دستگاه ابررساناها مثل SQUID’s می‌باشد که دقیقترین دستگاه اندازه گیر شار مغناظیسی کوانتوم موجود می‌باشد (h ثابت پلانک).
Josephson برندهٔ جایزهٔ نوبل در سال ۱۹۷۳ گردید.
تا سال ۱۹۸۶ فیزیک دان‌ها بر این باور بودند که تئوری BCS اررسانایی را در دماهای بالا تر از ۳۰˚k را نفی می‌کند، در همین سال Bednorz و muller کشف کردند که ابررسانایی در عناصر لانتان که بر پایهٔ اکسید مس (cuprate) هستند دارای دمای تبدیل ۳۵˚K می‌باشند. (در سال ۱۹۸۷ برندهٔ جایزهٔ نوبل فیزیک شدند)
در مدت کوتاهی توسط M.K. Wu کشف شد که جایگزین کردن لانتان با ایتریم و ساختن YBCO دمای بحرانی تا ۹۲˚K بالا می‌برد که بسیار مهم است چون برای سرد کردن ابررسانا می‌توان از نیتروژن مایع استفاده کرد (دمای جوش نیتروژن مایع در فشار جو ۷۷˚K است). این امر از نظر تجاری بسیار مهم است چون تولید نیتروژن مایع ارزانتر و در همان محل با مواد اولیه قابل تولید است و به بعضی از مشکلات برخورد نمی‌کنیم از قبیل آب بندی لوله‌های تزریق هلیوم.
خیلی دیگر از ابررساناهای cuprate کشف شده‌اند و تئوری ابررساناها یکی از برجسته‌ترین مشکلات دربارهٔ این نوع مواد در علم فیزیک می‌باشد.
از تاریخ اکتبر ۲۰۰۷ بالاترین دمای ابررسانایی مربوط به ماده‌ای مرکب از تالیوم، جیوه، مس، باریم، کلسیم، اکسیژن با دمای بحرانی Tc=۱۳۸˚K می‌باشد.
در فوریهٔ ۲۰۰۸ خانوادهٔ دیگر ابررساناهای دما بالا کشف شد. Hideo Hosono از انستیتو تکنولوژی توکیو کشف کرد که lanthanum oxygen fluorine iron arsenide (LaO۱-xFxFeAs) در دمای ۲۶˚K تبدیل به ابررسانا میشود. بعد از مدت کوتاهی دیگران مواد دیگری از همین خانواده یافتند که در دمای ۵۵˚K به ابررسانا تبدیل می‌شوند.متخصصان امیدوارند که بررسی خانوادهٔ دیگری از ابررساناها باعث آسانتر شدن توضیح عملکرد این مواد خواهد شد.
کاربردها
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. اما برای اینکه ابررساناهای دمای بالا در کاربردهای میدان مغناطیسی در دمای بالا رقابت کنند، هنوز زمان لازم دارد، این بعلت 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 کاربر د آن فراگیر و پررونق شود.
آهنرباهای ابررسانا از قوی‌ترین آهنرباهای الکتریکی موجود در جهان هستند. از آنها در قطارهای سریع‌السیر برقی و دستگاه‌های MRI و NMR و هدایت کردن ذرات در شتاب دهنده‌ها استفاده میشود. همچنین می‌توان به عنوان جدا کننده‌های مغناطیسی در جاهایی که ذرات مغناطیسی ضعیف خارج میشود مثلاً در صنایع رنگ سازی استفاده شود.
همچنین از ابررساناها در مدارات دیجیتالی نیز استفاده میشود به عنوان مثال در ایستگاه های RF و موبایل در ایستگاههای امواج ماکروویو.
از ابررساناها در Josephson junction برای ساختن بلوک‌های ساختمان SQUID استفاده میشود. SQUID حساسترین اندازه‌گیر امواج مغناطیسی می‌باشد.
سری دیگر دستگاه‌های Josephson برای ردیابی فوتون و یا به عنوان میکسر استفاده میشود. از مقاومت هایی که به ابررسانا تبدیل می‌شوند نیز در ساختن دماسنج و گرما سنج های حساس micro-calorimeter ردیاب فوتونی استفاده میشود.
یک کاربرد آرمانی برای ابررساناها، استفاده از آن ها در انتقال قدرت به شهرهاست. اگرچه به خاطر قیمت بالا و نشدنی بودن سرد سازی مایل ها سیم ابررسانا برای رسیدن به دماهای بسیار پایین، این کار تا به حال تنها در اندازه آزمایش باقی‌مانده است.
محققان امیدوارند که در آینده از ابررسانا در ساختن ترانسفورماتورها، وسایل ذخیرهٔ برق، الکتروموتورها، محدود کردن جریان اتصال کوتاه، وسایل شناور مغناطیسی استفاده کنند. اما چون ابررساناها به تغییر و حرکت میدان مغناطیسی حساسند استفاده از آنها در برق جریان متناوب مثل ترانسفورماتورها بسیار سخت پیشرفت می‌کند ترجیحاً در حیطهٔ کاری جریان مستقیم می‌باشد.
نارسانا ها، نیمه رسانا ها و رسانا ها
به طور مثال طلا و نقره رسانایی خوبی دارند، ولی چوب و پلاستیک رسانایی ندارند و موادی مانند سیلیسم و ژرمانیوم جزء نیمه رسانا می باشند که جریان الکترومغناطیسی و ترمودینامیکی روی اینها تاثیر جزئی می گذارند و در مقابل جریان رسانایی مقاومت وجود دارند که مانع انتقال جریان انرژی الکتریکی می شود . برای کم کردن مصرف انرژی و کارایی بالاتر و ارزانی وسایل باید دنبال موادی باشیم که مقاومت خیلی خیلی کمی در برابر جریان انرژی الکتریکی داشته باشند و تقریباً برابر مقاومت صفر باشند(ابر رسانا). در بعضی مواد وقتی به این حالت می رسیم که آن مواد در دمای ویژه ای قرار بگیرند که جریان دائماً در آنها برقرار باشد.
تاریخچه تحقیقات
جیمز دئِور در اواسط قرن نوزدهم پژوهش هایی درباره تغییر مقاومت در دماهای پایین انجام داد.
زیگموند روبلوفسکی و کارل اولزفسکی در سال 1864 بررسی درباره کاهش مقاوت الکتریکی با روشی که بتوان اکسیژن و نیتروژن را مایع کرد، انجام دادند.
دِئور و فلمینگ درباره صفر شدن مقاومت (تقریباً صفر) در دمای مطلق، پژوهش هایی را انجام دادند.
والتر نرست با توجه به قانون سوم ترمودینامیک اظهار داشت که به هیچ وجه نمی توان مقاوت مواد را صفر کرد.
کارل لیند و ویلیام همپسون آلمانی نیز روشی جدید برای خنک سازی و مایع کردن گاز ها با افزایش فشار را کشف کردند.
مهمترین خواص ابر رسانا ها
مقاومت تقریباً صفر و توانایی عبور چگالی جریان بالا .رسانایی که مقاومت تقریباً صفر دارد در زمینه تولید و انتقال انرژی تاثیر بسزایی دارد و باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود. همچنین باعث افزایش چگالی جریان می شود، البته باید توجه داشت که افزایش چگالی جریانی بیش از حد معینی باعث افزایش مقاومت می شود.
ایجاد میدان مغناطیسی بسیار قوی.خاصیت ابر رسانایی به 3 [فاکتور] دما، شدت جریان عبوری و میدان مغناطیسی وابسته است. به طور مثال در دمای خیلی پایین خاصیت ابر رسانای جسم ممکن است به دلیل میدان مغناطیسی قوی از بین برود، که به مقدار میدان مغناطیسی ای که در آن خاصیت ابر رسانایی از بین می رود میدان بحرانی گفته می شود.
ابر رسانا ها از نظر رفتار فیزیکی به دو گروه تقسیم می شوند که بیشتر عناصر شامل گروه اول می شوند ولی آلیاژ ها و مقدار کمی از عناصر شامل گروه دوم می شوند. اختلاف گروه اول با گروه دوم در تعداد ناحیه و فواصل بین اکترون های آزاد می باشند؛ گروه اول دارای دو ناحیه و فاصله الکترون های آزاد آن کم می باشد؛ ولی گروه دوم دارای 3 ناحیه هستند ولی فاصله الکترون های آزاد آنها زیاد است.
خاصیت تونل زنی.به انتقال جریان الکتریکی از یک ابر رسانا به ابر رسانای دیگر در صورتی که نزدیک هم باشد گفته می شود. این انتقال انرژی در صورتی است که ولتاژی وجود ندارد ولی به میدان مغناطیسی وابسته است .
ابر رسانا ها و تکنولوژی
مهترین کاربرد ابررسانا هاى دماى بالا، در زمینه ساخت آی سی های خیلی سریع می باشد که تحول بزرگی در فناورى اطلاعات ایجاد می کند و می توان آن را با اختراع ترانزیستور ها مقایسه کرد. از کاربرد هاى دیگر ابررساناها با در نظر گرفتن حساسیتشان به میدان مغناطیسى در اکتشافات معدنى، زمین شناختى و ردیابى زیردریایى ها می توان استفاده کرد و همچنین در ساخت قطار هایى که با استفاده از خاصیت میدان مغناطیسى قطار را بالاتر از سطح زمین و بدون اصطکاک با ریل به حرکت درمى آورد. این قطار ها می توانند در کمتر از 1 ساعت مسافتی بیش از 500 کیلومتر را بپیمایند. در خطوط انتقال نیرو با در نظر گرفتن اینکه بتوان ابررسانا ها را سرد نگه داشت، در حدود 80 درصد در مصرف انرژی صرفه جویی می شود. همچنین در وسایل پزشکی و تحقیقاتی نیز کاربرد دارد.
تفاوت بین ابر رساناهای سرامیکی و فلزی
تفاوت بین ابر رساناهای سرامیکی و فلزی این است که برای سرد نگه داشتن ابر رساناهی سرامیکی می توان از نیتروژن که ارزان و فراوان است استفاده نمود در صورتیکه در ابر رسانا های فلزی باید هلیم که مایع است استفاده کرد.