Làm thế nào để một siêu dẫn hoạt động?

Để hiểu cách thức hoạt động của chất siêu dẫn, có thể hữu ích để kiểm tra cách thức hoạt động của một nhạc trưởng thông thường trước.Một số vật liệu như nước và kim loại cho phép các electron chảy qua chúng khá dễ dàng, như nước qua vòi vườn.Các vật liệu khác, chẳng hạn như gỗ và nhựa không cho phép các electron chảy qua, vì vậy chúng được coi là không dẫn.Cố gắng chạy điện qua chúng sẽ giống như cố gắng chạy nước qua một viên gạch. Ngay cả trong số các vật liệu được coi là dẫn điện, có thể có sự khác biệt lớn về số lượng điện thực sự có thể đi qua.Trong thuật ngữ điện, điều này được gọi là điện trở.Hầu như tất cả các dây dẫn điện bình thường của điện đều có một số điện trở vì chúng có các nguyên tử của riêng chúng, ngăn chặn hoặc hấp thụ các electron khi chúng đi qua dây, nước hoặc vật liệu khác.Một chút điện trở có thể hữu ích để kiểm soát dòng điện, nhưng nó cũng có thể không hiệu quả và lãng phí.Một chất siêu dẫn thường bao gồm các vật liệu tổng hợp hoặc kim loại như chì hoặc niobiumtitan đã có số nguyên tử thấp.Khi các vật liệu này bị đóng băng đến gần như không tuyệt đối, những nguyên tử chúng đã làm được đến gần như halt.Nếu không có tất cả các hoạt động nguyên tử này, điện có thể chảy qua vật liệu mà thực tế không có điện trở.Về mặt thực tế, bộ xử lý máy tính hoặc đường ray xe lửa được trang bị siêu dẫn sẽ sử dụng rất ít điện để thực hiện các chức năng của nó.

Vấn đề rõ ràng nhất với chất siêu dẫn là nhiệt độ.Có một vài cách thiết thực để cung cấp lớn vật liệu siêu dẫn đến điểm chuyển tiếp cần thiết.Khi một chất siêu dẫn bắt đầu nóng lên, năng lượng nguyên tử ban đầu được khôi phục và vật liệu tạo ra điện trở một lần nữa.Bí quyết để tạo ra một siêu dẫn thực tế nằm ở việc tìm kiếm một vật liệu trở nên siêu dẫn ở nhiệt độ phòng.Cho đến nay, các nhà nghiên cứu đã không phát hiện ra bất kỳ vật liệu kim loại hoặc vật liệu composite nào mất tất cả điện trở của nó ở nhiệt độ cao. Để minh họa vấn đề này, hãy tưởng tượng một dây đồng tiêu chuẩn như một dòng nước của nước.Một nhóm các electron đang ở trong một chiếc thuyền đang cố gắng đến đích ngược dòng của họ.Sức mạnh của dòng nước chảy xuống tạo ra sự kháng cự, khiến chiếc thuyền phải làm việc chăm chỉ hơn để đi qua toàn bộ dòng sông.Vào thời điểm thuyền đến đích, nhiều hành khách điện tử quá yếu để tiếp tục.Đây là những gì xảy ra với một dây dẫn thông thường - điện trở tự nhiên gây ra mất điện. Bây giờ hãy tưởng tượng nếu dòng sông bị đóng băng hoàn toàn, và các electron đang ở trong một chiếc xe trượt tuyết.Vì sẽ không có nước chảy xuống, sẽ không có sức đề kháng.Chiếc xe trượt tuyết chỉ đơn giản là vượt qua băng và gửi gần như tất cả các hành khách điện tử ở thượng nguồn một cách an toàn.Các electron không thay đổi, nhưng dòng sông đã bị thay đổi bởi nhiệt độ để không có sức đề kháng.Tìm cách đóng băng dòng sông ở nhiệt độ bình thường là mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu siêu dẫn.