מוליך-על הוא יסוד או סגסוגת מתכתית, שכאשר מקוררים מתחת לטמפרטורת סף מסוימת, החומר מאבד דרמטית את כל ההתנגדות החשמלית. באופן עקרוני מוליכי-על יכולים לאפשר זרם חשמלי לזרום ללא אובדן אנרגיה (אם כי בפועל, מוליך-אידיאלי קשה מאוד לייצר). זרם מסוג זה נקרא זרם-על.
טמפרטורת הסף שמתחתיה חומר עובר למצב מוליך-על מוגדרת כ- טג, העומד על טמפרטורה קריטית. לא כל החומרים הופכים למוליכי-על, ולחומרים שיש לכל אחד מהם הערך שלהם טג.
סוגי מוליכי-על
- מוליכי-על מסוג I לפעול כמוליכים בטמפרטורת החדר, אך כאשר מקוררים מתחת טג, התנועה המולקולרית בתוך החומר מפחיתה מספיק שזרם הזרם יכול לנוע ללא הפרעה.
- מוליכי-על מסוג 2 אינם מוליכים טובים במיוחד בטמפרטורת החדר, המעבר למצב מוליך-על הדרגתי יותר ממוליכי-על-סוג 1. המנגנון והבסיס הפיזי לשינוי מצב זה אינו מובן כעת. מוליכי-על מסוג 2 הם תרכובות וסגסוגות מתכתיות בדרך כלל.
גילוי מוליך העל
מוליכות העל התגלתה לראשונה בשנת 1911 כשכספית הכספית התקררה לכ -4 מעלות קלווין על ידי הפיזיקאי ההולנדי הייק קמרלינג אוננס, שהעניק לו את פרס נובל לפיזיקה ב -1913. בשנים שחלפו מאז התחום התרחב מאוד וצורות רבות אחרות של מוליכי-על התגלו, כולל מוליכי-על מסוג 2 בשנות השלושים.
התיאוריה הבסיסית למוליכות העל, BCS Theory, זיכתה את המדענים - ג'ון ברדן, לאון קופר וג'ון שריפר - בפרס נובל לפיזיקה ב -1972. חלק מפרס נובל לפיזיקה משנת 1973 הלך לבריאן ג'וזפסון, גם עבור עבודה עם מוליכות-על.
בינואר 1986 גילו קארל מולר וג'והנס בדנורץ תגלית שהפכה את מהפכת האופן בו מדענים חשבו על מוליכי-על. לפני נקודה זו, ההבנה הייתה שמוליכות העל באה לידי ביטוי רק כשהוא מקורר לקרוב אפס מוחלטאך בעזרת תחמוצת בריום, לנטנום ונחושת, הם גילו שהוא הפך למוליך-על בקלווין בערך 40 מעלות. זה יזם מרוץ לגלות חומרים שתפקדו כמוליכי-על בטמפרטורות גבוהות בהרבה.
בעשורים שחלפו מאז הטמפרטורות הגבוהות ביותר שהושגו היו כ- 133 מעלות קלווין (אם כי היית יכול להגיע ל 164 מעלות קלווין אם היית מפעיל לחץ גבוה). באוגוסט 2015 פורסם בעיתון שפורסם בכתב העת Nature כי גילתה של מוליכות על בטמפרטורה של 203 מעלות קלווין כשהוא בלחץ גבוה.
יישומים של מוליכי-על
מוליכי-על משמשים במגוון יישומים, אך הבולט בהם במבנה ה- Large Hadron Collider. המנהרות המכילות קרני חלקיקים טעונים מוקפות צינורות המכילים מוליכי-על חזקים. זרמי העל הזורמים במוליכי העל מייצרים שדה מגנטי אינטנסיבי השראות אלקטרומגנטית, שניתן להשתמש בהן כדי להאיץ ולכוון את הצוות כרצונך.
בנוסף, מוליכי-על מציגים את ה- אפקט מייסנר בו הם מבטלים את כל השטף המגנטי בתוך החומר, הופכים לדיגנטיים לחלוטין (התגלה בשנת 1933). במקרה זה, קווי השדה המגנטי למעשה מסתובבים במוליך הקירור. זהו מאפיין זה של מוליכי-על המשמש לעיתים קרובות בניסויים של ריחוף מגנטי, כמו נעילת הקוונטים הנראית בריפוי קוונטי. במילים אחרות, אם בחזרה לעתיד לוחות רחף בסגנון הופכים אי פעם למציאות. ביישומים פחות ארציים, מוליכי-על ממלאים תפקיד בהתקדמות המודרנית ב- רכבות ריחוף מגנטיותהמספקים אפשרות רבת עוצמה לתחבורה ציבורית במהירות גבוהה המבוססת על חשמל (שיכול להיות שנוצר באמצעות אנרגיה מתחדשת) בניגוד לאפשרויות הנוכחיות שאינן מתחדשות כמו מטוסים, מכוניות, ומונעי פחם רכבות.
נערך על ידי אן מארי הלמנסטין, ד.