ตัวนำยิ่งยวดทำงานอย่างไร?

เพื่อที่จะเข้าใจว่าตัวนำยิ่งยวดทำงานอย่างไรมันอาจเป็นประโยชน์ในการตรวจสอบว่าตัวนำปกติทำงานอย่างไรก่อนวัสดุบางอย่างเช่นน้ำและโลหะช่วยให้อิเล็กตรอนไหลผ่านได้ง่ายพอสมควรเช่นน้ำผ่านท่อสวนวัสดุอื่น ๆ เช่นไม้และพลาสติกไม่อนุญาตให้อิเล็กตรอนไหลผ่านดังนั้นจึงถือว่าไม่เป็นตัวนำการพยายามใช้กระแสไฟฟ้าผ่านพวกเขาจะเป็นเหมือนการพยายามใช้น้ำผ่านอิฐ

แม้ในหมู่วัสดุที่ถือว่าเป็นตัวนำอาจมีความแตกต่างอย่างมากในปริมาณไฟฟ้าที่สามารถผ่านได้ในแง่ไฟฟ้าสิ่งนี้เรียกว่าความต้านทานตัวนำไฟฟ้าปกติเกือบทั้งหมดของไฟฟ้ามีความต้านทานบางอย่างเพราะพวกเขามีอะตอมของตัวเองซึ่งบล็อกหรือดูดซับอิเล็กตรอนเมื่อผ่านลวดน้ำหรือวัสดุอื่น ๆความต้านทานเพียงเล็กน้อยอาจเป็นประโยชน์ในการควบคุมกระแสไฟฟ้าภายใต้การควบคุม แต่ก็อาจไม่มีประสิทธิภาพและสิ้นเปลือง

ตัวนำยิ่งยวดใช้ความคิดในการต่อต้านและหมุนบนหัวของมันตัวนำยิ่งยวดโดยทั่วไปประกอบด้วยวัสดุสังเคราะห์หรือโลหะเช่นตะกั่วหรือ niobiumtitanium ซึ่งมีจำนวนอะตอมต่ำอยู่แล้วเมื่อวัสดุเหล่านี้ถูกแช่แข็งเกือบจะเป็นศูนย์เกือบแน่นอนอะตอมที่พวกเขาจะบดให้ใกล้เคียงหากไม่มีกิจกรรมอะตอมทั้งหมดไฟฟ้าสามารถไหลผ่านวัสดุที่ไม่มีความต้านทานในแง่ที่ใช้งานได้จริงโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์หรือแทร็กรถไฟไฟฟ้าที่ติดตั้งตัวนำยิ่งยวดจะใช้ไฟฟ้าน้อยมากในการทำหน้าที่ของมัน

ปัญหาที่ชัดเจนที่สุดกับตัวนำยิ่งยวดคืออุณหภูมิมีวิธีปฏิบัติไม่กี่วิธีในการจัดหาวัสดุที่มีความสามารถสูงขนาดใหญ่ไปยังจุดเปลี่ยนผ่านที่จำเป็นเมื่อตัวนำยิ่งยวดเริ่มอุ่นเครื่องพลังงานอะตอมดั้งเดิมจะได้รับการฟื้นฟูและวัสดุจะสร้างความต้านทานอีกครั้งเคล็ดลับในการสร้างตัวนำยิ่งยวดที่ใช้งานได้จริงอยู่ในการค้นหาวัสดุที่กลายเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องจนถึงตอนนี้นักวิจัยยังไม่ได้ค้นพบวัสดุโลหะหรือคอมโพสิตใด ๆ ที่สูญเสียความต้านทานไฟฟ้าทั้งหมดที่อุณหภูมิสูง

เพื่อแสดงให้เห็นถึงปัญหานี้ลองนึกภาพลวดทองแดงมาตรฐานเป็นแม่น้ำน้ำกลุ่มอิเล็กตรอนอยู่ในเรือที่พยายามมาถึงจุดหมายปลายทางต้นน้ำพลังของน้ำที่ไหลลงมาสร้างความต้านทานซึ่งทำให้เรือต้องทำงานหนักขึ้นเพื่อผ่านแม่น้ำทั้งหมดเมื่อถึงเวลาที่เรือมาถึงปลายทางผู้โดยสารอิเล็กตรอนจำนวนมากอ่อนแอเกินกว่าจะดำเนินการต่อได้นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นกับตัวนำปกติ - ความต้านทานตามธรรมชาติทำให้สูญเสียพลังงาน

ตอนนี้ลองจินตนาการว่าแม่น้ำถูกแช่แข็งอย่างสมบูรณ์และอิเล็กตรอนอยู่ในเลื่อนเนื่องจากจะไม่มีน้ำไหลล่องไปจึงไม่มีความต้านทานเลื่อนจะผ่านน้ำแข็งและฝากผู้โดยสารอิเล็กตรอนเกือบทั้งหมดอย่างปลอดภัยอิเล็กตรอนไม่เปลี่ยนแปลง แต่แม่น้ำถูกเปลี่ยนแปลงโดยอุณหภูมิเพื่อไม่ให้มีความต้านทานการหาวิธีที่จะแช่แข็งแม่น้ำที่อุณหภูมิปกติเป็นเป้าหมายสูงสุดของการวิจัยตัวนำยิ่งยวด