اگر دمای فلزات مختلف را تا دمای معینی (دمای بحرانی) پایین آوریم پدیده شگرفی در آن ها اتفاق می افتد كه طی آن به ناگهان مقاومتشان را در برابر عبور جریان برق تا حد صفر از دست خواهند داد و تبدیل به ابررسانا خواهند شد. البته موادی مانند نقره نیز هستند كه مقاومت ویژه شان حتی در دمای صفر درجه كلوین نیز صفر نمی شود. هرچند در این دما می توان بسیاری از مواد را ابر رسانا نمود محققا ن برای رسیدن به چنین دمایی مجبورند از هلیم مایع ویا هیدرژن استفاده كنند كه بسیار گرانند.

   امروزه ابر رسانایی را در موادی ایجاد می كنند كه دمای بحرانیشان زیادتر از 77 درجه كلوین است كه برای رسیدن به چنین دمایی از ازت مایع استفاده می كنند كه نقطه جوشش 77 درجه كلوین است.

تاریخچه

   در سال 1911، H. Kamerlingh-Onnes هنگام کار کردن در آزمایشگاه دمای پایین خود کشف کرد که در دمای چند درجه بالای صفر مطلق، جریان می‌تواند بدون هیچ اختلاف پتانسیل در فلز جیوه به وجود بیاید. او این واقعه منحصر به فرد را "ابررسانایی" نامید.

   هیچ نظریه‌ای برای توضیح این رخداد در طول پنجاه و شش سال بعد از کشف ارائه نگردید. تا وقتی که در 1957، در دانشگاه الینویس، سه فیزیکدان John Bardeen، Leon Cooper و Robert Schrieffer نظریه میکروسکوپی خود ارائه کردن که بعدا با نام تئوری BCS (حروف ابتدایی نام محققان) شناخته شد. سومین رخداد مهم در تاریخ ابررسانایی در سال 1986 اتفاق افتاد، وقتی که George Bednorz و Alex Mueller در حال کار کردن در آزمایشگاه IBM نزدیک شهر زوریخ سوئیس، یک کشف مهم دیگر کردند: ابررسانایی در دماهای بالاتر از دماهایی که قبلا برای ابررسانایی شناخته شده بودند در فلزاتی کاملا متفاوت از آنچه قبلا فلز ابررسانا شناخته می‌شود.

   این کشف باعث ایجاد زمینه جدیدی در علم فیزیک شد. از نظر عملی ابرساناهای دمای بالا کاربردهای بسیار بیشتری دارند، زیرا در دماهایی ابررسانا می‌شوند که راحت‌تر قابل ایجاد هستند.

تفاوت ابر رساناها با دیگر مواد رسانا

   ابررسانایی 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.

   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 حلقه ابررسانا می‌تواند برای مدت نامحدودی بدون وجود مولد جریان وجود داشته باشد. ابررسانایی نیز پدیده‌ای کوانتومی است و نمی‌توان آن را با فیزیک کلاسیک به مانند یک رسانای مطلوب توصیف کرد.

   پدیدها بررسانایی 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 پدیدهابررسانایی در فلزات فرومغناطیس هم روی نمی‌دهد.

ویژگی های اصلی ابررساناها

    بیشتر ویژگی های فیزیکی ابررساناها در مواد مختلف متفاوت است مانند ظرفیت گرمایی و دمای بحرانی که ابررسانایی در آن دما شروع می شود. ولی در عوض ویژگی هایی وجوددارند که به نوع ماده ی ابررسانا شده بستگی ندارد. مثلا همه ی آن ها دارای مقاومت صفر در برابر جریان های کم (بدون حضور میدان مغناطیسی خارجی) هستند. وجود این ویژگی های "جهانی" نشان می دهد که ابر رسانایی یک حالت ترمودینامیکی است و دارای بعضی ویژگی های متمایز است که از جزئیات میکروسکوپی به طور زیادی مستقل است.

   ابر رساناها قادرند یک جریان را بدون اعمال هیچ گونه ولتاژی ثابت نگه دارند ویژگی ای که در آهنرباهای الکتریکی داخل MRI استفاده می شود. آزمایشات نشان می دهند که جریان در سیمپیچ های ابررساناسال ها بدون کاهش قابل اندازه گیریادامه می یابند. از نظر آزمایشگاهی جریان در ابررسانا ها تا 100,000 سال و از نظر تئوری تا عمر جهان ادامه می یابد.

کاربردهای ابررسانا

   ابررساناهای دمای پایین امروزه در ساخت آهنرباهای ویژه طیف سنج های رزونانس مغناطیسی هسته، رزونانس مغناطیسی برای مقاصد تشخیص طبی، شتاب دهنده ذره ها، ترن های سریع مغناطیسی و انواع ابزارهای رسانایی الکترونیکی بکار می‌رود از دیگر کاربردهای آن ها می‌توان به دستگاه های عکسبرداری تشدید مغناطیسی هسته و قطارهای جدیدی که توسط نیروهای مغناطیسی در هوا معلق هستند و با سرعت 400 کیلومتر بر ساعت حرکت می‌کنند، اشاره کرد.

   اما برای اینکه ابررساناهای دمای بالا در کاربردهای میدان مغناطیسی در دمای بالا رقابت کنند، هنوز زمان لازم دارد، این به علت 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 کاربرد آن فراگیر و پر رونق شود.