سویچ ابررسانا: تغییر در شدت میدان مغناطیسی و تغییر از ابررسانایی به مقاومتی

[saghar... 6666]

مفهوم ابررسانا

اگردمای فلزات مختلف را تا دمای معینی(دمای بحرانی) پایین اوریم پدیده شگرفی در انها اتفاق می افتد که طی ان به ناگهان مقاومتشان را در برابرعبور جریان برق تا حد صفر از دست خواهند داد .و تبدیل به ابررسانا خواهند شد.

(البته موادی مانند نقره نیز هستند که مقاومت ویژه شان حتی در دمای صفر درجه کلوین نیز صفر نمی شود).هرچند در این دما میتوان بسیاری از مواد را ابر رسانا نمود محققا ن برای رسیدن به چنین دمایی مجبورند از هلیم مایع ویا هیدرژن استفاده کنند که بسیار گرانند .

امروزه ابر رسانایی را در موادی ایجاد می کنند که دمای بحرانیشان زیادتر از ۷۷درجه کلوین است که برای رسیدن به چنین دمایی از ازت مایع استفاده می کنند که نقطه جوشش۷۷ درجه کلوین است.

تاریخجه ابررسانایی:

ابررسانایی برای اولین باردر سال ۱۹۱۱توسط هایک کامرلینگ اونس(۱۸۵۳-۱۹۲۶)مطرح گردید.

وی دمای یک میله منجمد جیوه ای را تا دمای نقطه جوش هلیم مایع(۴.۲ درجه کلوین )پایین اوردد و مشاهده نمود که مقاومت ان ناگهان به صفر رسید.

سپس یک حلقه سربی را در دمای ۷درجه کلوین ابررسانا نمود و قوانین فارادی را بر روی آن آزمایش کرد و مشاهده نمود وقتی با تغییر شار در حلفه جریان القایی تولید شود

حلقه سربی برعکس رسانا های دیگر رفتارمی نمایدیعنی پس از قطع میدان تا مادامیکه در حالت ابر رسانایی قرار داردجریان اکتریکی را حفظ می کند .

به عبارتی اگریک سیم ابررسانا داشته باشیم پس از بوجود امدن جریان الکتریکی دران بدون مولد الکتریکی ( مثل باطری یا برق شهر )نیز می تواند حامل جریان باشد.

اگر در همین حالت میدان مغناطیس قوی در مجاورت سیم ابررسانا قرار دهیم ویا دمای سیم را با لاتر از دمای بحرانی ببریم جریان در ان بسرعت صفر خواهد شد چون دراین حالتها سیم را از حالت ابررسانایی خارج کرده ایم .

در یک ابر رسانا الکترونهای جفت شده( الکترون ها فرمیون هستند-هر اتم که حاصل جمع تعداد الکترون ، پروتون و نوترون هایش فرد باشد فرمیون است ) به محض آنکه با مقاومت الکتریکی مواجه شوند به راحتی جریان می یابند . علاقه وافری به ابر رساناها وجود دارد زیرا از آنها برای تولید الکتریسیته پاک و ارزان می توان استفاده کرد در صورتی که استفاده از ابر رساناها در تکنولوژی میسر شود قطارهای برقی سریع السیر و کامپیوترهای فوق سریع با قیمت پایین روانه بازار خواهد شد اما متاسفانه استفاده از ابررساناها و حتی تحقیق در باره آنها دشوار است .

 

بزرگترین مشکل این است که حداقل دمایی که لازم است تا یک ابررسانا ایجاد شود ۱۳۵- درجه سلسیوس است . بنابراین نیتروژن مایع یا دستگاه سرد کننده دیگری لازمست تا سیمهای رابط و هر وسیله جانبی دیگری که الکترونهای جفت شده در ان محیط قرار می گیرند را نگه دارد . این فرایند هزینه زیادی می خواهد و به دستگاههای پر حجمی نیاز دارد . اما اگر ابررسانایی بردمای اتاق شود کار کردن با آن فوق العاده راحت می شود و استفاده ازآن به خاطر مزیت های یاد شده سریعا افزایش می یابد جین می گوید کنترل میزان جفت شدگی اتمهابا استفاده از تغییر میدان مغناطیسی همانند تغییر دما برای یک ابررسانا ست . این روند ما را امیدوار می کند که بتوانیم آموخته های خود از چگالش فرمیونی را به دیگر زمینه ها از جمله ابر رسانایی در دمای اتاق تسری دهیم.

 

ناسا کاربردهای زیادی را برای ابررساناهادر نظر گرفته است به عنوان مثال استفاده از ابر رساناها باعث خواهد شد که مدار ماهواره های چرخنده به دور زمین با دقت بسیاربالایی کنترل شوند . خاصیت اصلی ابر رساناها به دلیل نداشتن مقاومت الکتریکی امکان انتقال جریان الکتریکی – حجم کوچکی از ابررسانا است . به همین خاطر اگر به جای سیم های مسی از ابر رساناها استفاده شود ،موتورهای فضاپیماها تا ۶ برابر نسبت به موتورهای فعلی سبکتر خواهند شد و باعث می شود که وزن و فضاپیما بسیار کاهش یابد .

از دیگر زمینه هایی که ابررساناها می توانند نقش اساسی در آنها بازی می کنند می توان کاوش های بعدی انسان از فضا را نام برد . ابررساناها بهترین گزینه برای تولید وانتقال بسیارکارآمد انرژی الکتریکی هستند و طی شب های طولانی ماه که دما تا ۱۷۳- درجه سانتی گراد پایین می آید و طی ماه های ژانویه تا مارس دستگاه های mri ساخته شده ازسیم های ابررسانا ، ابزار تشخیص دقیق و توانمندی در خدمت سلامت خدمه فضاپیما خواهد بود .

[saghar... 6666]

سوئیچهای ابررسانا:

با تغییر در شدت میدان مغناطیسی، امكان تغییر در وضعیت جسم ابررسانا از ابررسانایی به مقاومتی و برعكس امكانپذیر است. بنابراین از مواد ابررسانا جهت انجام سوئیچینگ یا كلیدزنی نیز می‌توان بهره گرفت. تحقیقات اولیه در این زمینه از اواخر دهه 1950 میلادی آغاز شد و كوششهایی برای استفاده از سوئیچهای ابررسانا در مدارها و حافظه كامپیوترهای بزرگ صورت گرفت. باك در سال 1956 مداری با نام كرایوترون شامل یك سیم‌پیچ نیوبیوم با دمای بحرانی 3/9 درجه كلوین و هسته‌ای از سیم تانتالوم با دمای بحرانی 4/4 درجه كلوین معرفی نمود كه با توجه دمای 2/4 درجه كلوین هلیوم مایع، امكان تغییر وضعیت سیم تانتالوم در اثر ایجاد جریان الكتریكی و درنتیجه میدان مغناطیسی در سیم‌پیچ نیبیوم وجود داشت. با توسعه دانش نیمه‌هادی، توجه به سوئیچهای ابررسانا كاهش یافت اما حجم و تلفات كمتر، و سرعت بالاتر تراشه‌های ابررسانا نسبت به تراشه‌های نیمه‌هادی، استفاده از سلولهای كرایوترونی و جایگزینی ابررسانا به جای مدارهای مسی را برای ساخت ابركامپیوترهای بسیار سریع و كم تلفات، حتی با وجود پیشرفتهای صنعت نیمه‌هادی توجیه‌پذیر می‌سازد. علاوه بر سلولهای كرایوترونی كه با سرعت 1/0 میكروثانیه در ساخت حافظه و تراشه‌های الكترونیك قابل استفاده است، از اتصالات جوزفسون كه مبنای عملكرد آنها، اثر تونل‌زنی است نیز برای ساخت سوئیچهای بسیار سریع و با سرعت 1/0 نانوثانیه (فركانس 10 گیگاهرتز) استفاده شده اما درمورد تكنولوژی ساخت آنها به تعداد زیاد، پژوهشها ادامه دارد.

ابررساناها و ژنراتورهای هیدرودینامیك مغناطیسی

ژنراتورهای هیدرودینامیك مغناطیسی: اصول کلی ژنراتورهای هیدرودینامیك مغناطیسی (mhd) كه از سال 1959 پژوهشهایی برای تولید برق به وسیله آنها شروع شده و هنوز ادامه دارد، بر این اساس است که جریان گاز پلاسما (بسیار داغ) یا فلز مذاب از میان میدان مغناطیسی قوی عبور داده می‌شود. با عبور گاز داغ یا فلز مذاب، در اثر میدان مغناطیسی بسیار قوی موجود، یونهای مثبت و منفی به سمت الکترودهایی که در بالا و پایین جریان گاز پلاسما یا فاز مذاب قرار دارند، جذب می‌شوند و مانند یك ژنراتور جریان مستقیم، تولید الكتریسیته را باعث می‌شوند. قدرت الکتریکی این ژنراتور جریان مستقیم با اینورترهای الکترونیک قدرت، به برق جریان متناوب تبدیل و به شبکه متصل می‌شود. با توجه به هزینه بالای تولید الكتریسیته در ژنراتورهای mhd، استفاده از آنها تنها به منظور یكنواختی منحنی مصرف در زمانهای پرباری شبكه مفید است. سیم‌پیچهای بزرگ ابررسانا كه از مواد ابررسانای متعارف مانند آلیاژ نیوبیوم تیتانیوم ساخته شده‌اند برای تولید میدانهای مغناطیسی بسیار قوی مناسب و قابل استفاده است. اگر فاصله دو الكترود 1/0 متر، سرعت یونها 400 متر بر ثانیه و میدان مغناطیسی 5 تسلا باشد، ولتاژ خروجی 200 ولت خواهد بود و در طول كانال 6 متری و با قطر یك متر، 40 مگاوات انرژی قابل تولید است. مزیت اصلی ژنرتورهای mhd وزن نسبتاً كم آنها در مقایسه با ژنراتورهای متعارف است كه استقبال از كاربرد آنها را در صنایع هوایی و دریایی موجب شده است.

 

کاربرد ابررسانا در محدودسازهای جریان خطا

علاوه بر موارد گفته شده، محدودسازهای ابررسانائی جریان خطا یا sfcl نیز رده تازه‌ای از وسایل حفاظتی سیستم قدرت را ارائه می‌كنند كه قادرند شبكه را از اضافه جریانهای خطرناكی كه باعث قطعی پر هزینه برق و خسارت به قطعات حساس سیستم می‌شوند حفاظت نمایند. اتصال كوتاه یكی از خطاهای مهم در سیستم قدرت است كه در زمان وقوع، جریان خطا تا بیشتر از 10 برابر جریان نامی افزایش می‌یابد و با رشد و گسترش شبكه‌های برق، به قدرت اتصال كوتاه شبكه نیز افزوده می‌شود. تولید جریانهای خطای بزرگتر، ازدیاد گرمای حاصله ناشی از عبور جریان القائی زیاد در ژنراتورها، ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات و همچنین كاهش قابلیت اطمینان شبكه را در پی دارد. لذا عبور چنین جریانی از شبكه احتیاج به تجهیزاتی دارد كه توانایی تحمل این جریان را داشته باشند و جهت قطع این جریان نیازمند كلیدهایی با قدرت قطع بالا هستیم كه هزینه‌های سنگینی به سیستم تحمیل می‌كند. اما اگر به روشی بتوان پس از آشكارسازی خطا، جریان را محدود نمود، از نظر فنی و اقتصادی صرفه‌جویی قابل توجهی صورت می‌گیرد. انواع مختلفی از محدود كننده‌های خطا تا به حال برای شبكه‌های توزیع و انتقال معرفی شده‌اند كه ساده‌ترین آنها فیوزهای معمولی است كه البته پس از هر بار وقوع اتصال كوتاه باید تعویض شوند. از آنجاییكه جریان اتصال كوتاه در لحظات اولیه به خصوص در پریود اول موج جریان، دارای بیشترین دامنه است و بیشترین اثرات مخرب از همین سیكل‌های اولیه ناشی می‌شود باید محدودسازهای جریان خطا بلافاصله بعد از وقوع خطا در مدار قرار گیرند. محدودكننده‌های جریان اتصال كوتاه طراحی شده در دهه‌های اخیر، عناصری سری با تجهیزات شبكه هستند و وظیفه دارند جریان اتصال كوتاه مدار را قبل از رسیدن به مقدار حداكثر خود محدود نمایند به طوری كه توسط كلیدهای قدرت موجود قابل قطع باشند. این تجهیزات در حالت عادی، مقاومت كمی در برابر عبور جریان از خود نشان می‌دهند ولی پس از وقوع اتصال كوتاه و در لحظات اولیه شروع جریان، مقاومت آنها یكباره بزرگ شده و از بالا رفتن جریان اتصال كوتاه جلوگیری می‌كنند. این تجهیزات پس از هر بار عملكرد باید قابل بازیابی بوده و در حالت ماندگار سیستم، باعث ایجاد اضافه ولتاژ و یا تزریق هارمونیك به سیستم نگردند. محدودسازهای اولیه با استفاده از كلیدهای مكانیكی امپدانسی را در زمان خطا در مسیر جریان قرار می‌دادند. با ورود ادوات الكترونیك قدرت كلیدهای تریستوری برای این موضوع مورد استفاده قرار گرفتند و مدارهای متعددی از جمله مدارهای امپدانس تشدید و ابررسانا، ارائه گردیده است. محدودكننده‌های ابررسانا در شرایط بهره‌برداری عادی سیستم یك سیم‌پیچ با خاصیت ابررسانایی بوده (مقاومت و افت ولتاژ كمی را باعث می‌شود) ولی به محض وقوع اتصال كوتاه و افزایش جریان از یك حد معینی (جریان بحرانی) سیم‌پیچ مربوط مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهد و به همین دلیل جریان خطا كاهش می‌یابد. عمل فوق در زمان كوتاهی انجام می‌پذیرد و نیاز به سیستم كشف خطا نمی‌باشد. برآورد اولیه بخش ابر رسانائی epri نشان می‌دهد كه استفاده از محدودسازهای ابررسانائی جریان یك بازار فروش با درآمد حدود 3 تا 7 میلیارد دلار در 15 سال آینده به وجود خواهد آورد.

کاربرد ابررسانا در ذخیره سازهای مغناطیسی

در سیستم قدرت بین قدرتهای الکتریکی تولیدی و مصرفی تعادل لحظه‌ای برقرار است و هیچگونه ذخیره انرژی در آن صورت نمی‌گیرد. بنابراین تولید شبکه ناچار به تبعیت از منحنی مصرف است كه غیر اقتصادی می‌باشد. ابرسانای ذخیره کننده انرژی مغناطیسی (smes) وسیله‌ای است كه برای ذخیره کردن انرژی، بهبود پایداری سیستم قدرت و کم کردن نوسانات قابل استفاده می‌باشد. این انرژی توسط میدان مغناطیسی که توسط جریان مستقیم ایجاد می‌شود ذخیره می‌شود. ابرسانای ذخیره کننده انرژی مغناطیسی هزاران بار قابلیت شارژ و دشارژ دارد بدون اینکه تغییری در خواص مغناطیس آن ایجاد شود. ویژگی ابر رسانایی سیم پیچ نیز موجب می‌شود که راندمان رفت و برگشت فرایند ذخیره انرژی بسیار بالا و در حدود 95% باشد. اولین نظریه‌ها در مورد این سیستم در سال 1969 توسط فریه مطرح شد. وی طرح ساخت سیم‌پیچ مارپیچی بزرگی را که توانایی ذخیره انرژی روزانه برای تمامی فرانسه را داشت ارائه كرد که به خاطر هزینه ساخت بسیار زیاد آن پیگیری نشد. در سال 1971 تحقیقات در آمریکا در دانشگاه ویسکانسین برای فهمیدن بحثهای بنیادی اثر متقابل بین انرژی ذخیره شده و سیستم‌های چند فاز به ساخت اولین دستگاه انجامید. شركت هیتاچی در سال 1986 یک دستگاه smes به ظرفیت 5 مگاژول را آزمایش کرد. در سال 1998 نیز ذخیره‌ساز 360 مگاژول توسط شركت ایستك در ژاپن ساخته شد. علاوه بر ذخیره‌سازی انرژی به منظور تراز منحنی مصرف و افزایش ضریب بار، سیستم‌های مورد اشاره با اهداف دیگری نیز مورد توجه قرار گرفته‌اند. بروز اغتشاشهای مختلف در شبکه قدرت از جمله تغییرات ناگهانی بار، قطع و وصل خطوط انتقال و ... به عدم تعادل سیستم می‌انجامد. در این شرایط انرژی جنبشی محور ژنراتورهای سنکرون مجبور به تأمین افزایش انرژی ناشی از اختلال هستند و درصورت حفظ پایداری دینامیكی، حلقه‌های کنترل سیستم فعال شده و تعادل را برقرار می‌سازند. این روند، نوسان متغیرهای مختلف مانند فرکانس، توان الکتریکی روی خطوط و... را موجب می‌شود که مشکلات مختلفی را در بهره برداری از سیستم قدرت به دنبال دارد. اما اگر در سیستم مقداری انرژی ذخیره شده باشد، با مبادله سریع آن با شبکه در مواقع مورد نیاز می‌توان مشکلات فوق را کاهش داد. با توجه به اینكه در این سیستم انرژی از صورت الکتریکی به صورت مغناطیسی و یا بر عکس تبدیل می‌شود، ذخیره‌ساز ابررسانایی دارای پاسخ دینامیکی سریع می‌باشد و بنابراین می‌تواند در جهت بهبود عملکرد دینامیکی نیز به کار رود. معمولاً واحدهای ابررسانایی ذخیره انرژی را در دو مقیاس ظرفیت بالا یعنی حدود 1800 مگاژول برای تراز منحنی مصرف، و ظرفیت پایین (چندین مگا ژول) به منظور افزایش میرایی نوسانات و بهبود پایداری سیستم می‌سازند. سیم پیچ ابررسانا از طریق مبدل به سیستم قدرت متصل و شارژ می‌شود و با کنترل زاویه آتش تریسیتورها ولتاژ dc دو سر سیم پیچ ابررسانا به طور پیوسته در بازة وسیعی از مقادیر ولتاژهای مثبت ومنفی قابل کنترل است. ورودی ذخیره‌ساز انرژی می‌تواند تغییرات ولتاژ شبکه، تغییر فرکانس شبکه، تغییر سرعت ماشین سنکرون و... باشد و خروجی نیز توان دریافتی خواهد بود. مهم ترین قابلیت smesجداسازی و استقلال تولید از مصرف است که این امر مزایای متعددی از قبیل بهره برداری اقتصادی، بهبود عملکرد دینامیکی و کاهش آلودگی را به دنبال دارد. در کابرد ac جریان الکتریکی هنوز تلفات دارد اما این تلفات می‌تواند با طراحی مناسب کاهش پیدا کند. برای هر دوحالت کاری ac وdc انرژی زیادی قابل ذخیره‌سازی است. بهترین دمای عملكرد برای دستگاههای مورد اشاره نیز 50 تا 77 درجه کلوین است.

کاربرد ابررسانا در موتورها و ژنراتورها

درصورت استفاده از سیمهای ابررسانا به جای سیمهای مسی در روتور ماشینهای القایی، تلفات، حجم، وزن و قیمت آنها كاهش قابل ملاحظه‌ای خواهد داشت و با افزایش بازده، صرفه‌جویی قابل توجهی در انرژی الكتریكی صورت می‌گیرد. كویل ژنراتورهای سنكرون نیز با مواد ابررسانای سرامیكی قابل ساخت می‌باشد كه منجر به افزایش قابل توجهی در بازده ژنراتور خواهد شد. به علاوه تكنولوژی ابررسانا امروزه در ساخت كندانسورهای سنكرون نیز كاربرد دارد. كندانسورهای ابررسانا دارای بازده بیشتر، هزینه نگهداری كمتر و قابلیت انعطاف بهتری هستند.

کاربرد ابررسانا در ترانسفورماتورها

استفاده از مواد ابررسانا در سیم‌بندی ترانسفورماتورها باعث 50% كاهش در تلفات، وزن و ابعاد ترانسفورماتور نسبت به انواع متداول ترانسفورماتورهای روغنی شده و به علاوه تأثیر قابل توجهی نیز در افزایش بازده، كاهش افت ولتاژ و افزایش ظرفیت اضافه بار ترانسفورماتور دارد. استفاده از ترانسفورماتورهای ابررسانا با توجه به حجم كم و عدم استفاده از روغن برای خنك‌سازی، نقش قابل ملاحظه‌ای در بهبود فضای شهری و كاهش هزینه‌های زیست محیطی خواهد داشت.

کاربرد ابررسانا در سیم و کابل

كشف متحول كننده ابررساناهای دما بالا در سال 1986 منجر به تحول و تولید نوع جدیدی از كابلها در سیستمهای قدرت شد. در ایالات متحده، اروپا و ژاپن رقابت سختی بر روی تجارت تولید آینده كابلهای ابررسانائی وجود دارد. قابلیت هدایت جریان برق در كابلهای HTS بالغ بر 100 بار بیشتر از هادیهای آلومینیومی و مسی متداول می‌باشد. اندازه، وزن و مقاومت این نوع كابلها از كابلهای معمولی بهتر بوده و امروزه تولیدكنندگان تجهیزات الكتریكی در سراسر دنیا سعی دارند با استفاده از تكنولوژی HTS باعث كاهش هزینه‌ها و افزایش ظرفیت و قابلیت اطمینان سیستمهای قدرت شوند

[saghar... 6666]

تاریخچه ساخت ابررساناها بخش چهارم

بعد از كشف ابررساناها، تا چند سال تصور می‌شد رفتار مغناطیسی ابررسانا مانند رساناهای كامل است. اما در سال 1933 مایسنر و اوشنفلد دریافتند اگر ماده مورد آزمایش قبل از ابررسانا شدن در میدان مغناطیسی باشد، شار از آن عبور می‌كند ولی وقتی در حضور میدان به دمای بحرانی برسد و ابررسانا گردد دیگر هیچ‌گونه شار مغناطیسی از آن عبور نخواهد كرد و تبدیل به یك دیامغناطیس كامل می‌شود كه شدت میدان (b) درون آن صفر خواهد بود. آنها توزیع شار در خارج نمونه‌های قلع و سرب را كه در میدان مغناطیسی تا زیر دمای گذار سرد شده بودند را اندازه­گیری و مشاهده كردند كه ابررسانا دیامغناطیس كامل گردید و تمام شار به بیرون رانده شد. این آزمایش نشان داد كه ماده ابررسانا چیزی بیشتر از ماده رسانای كامل است. براساس ویژگی مهم ابررساناها، فلزات در حالت ابررسانایی هرگز اجازه نمی‌دهند كه چگالی شار مغناطیسی در درون آنها وجود داشته باشد. به عبارت دیگر در داخل ابررسانا همیشه b=0 است. این پدیده به اثر مایسنر معروف شد.

در اثر پدیده مایسنر اگر یك آهنربا روی ماده ابررسانا قرار گیرد، روی آن شناور می‌ماند. در شكل یك آهنربای استوانه‌ای روی یك قطعه ابررسانا كه توسط نیتروژن خنك شده شناور است. علت شناور ماندن، اثر مایسنر است كه براساس آن خطوط میدان مغناطیسی امكان عبور از ابررسانا را نیافته و چنانكه مشاهده می‌شود، ابررسانا قرص مغناطیسی را شناور نگه می‌دارد

پس از کشف دیامغناطیس بودن ابررساناها، در سال 1950 آلیاژهای ابررسانایی مانند سرب+بیسموت و سرب+تیتانیوم كشف شدند که میدانهای بحرانی خیلی بالایی از خود نشان می‌دادند. پژوهشهای بعدی نشان داد که این مواد نوع متفاوتی از ابررساناها هستند که بعداً نوع ii نامیده شدند. لاندن با استفاده از موازنه انرژی در محدوده کوچکی بین مرز فازهای ابررسانا و نرمال، شرط تعادل فاز را به دست آورده و به حضور یک سطح انرژی دیگر با منشأ غیرمغناطیسی اشاره کرد كه علاوه بر انرژی مرز بین دو فاز ابررسانا و نرمال وجود داشت. وی متذکر شد که اگر سطح انرژی کل مثبت باشد ابررسانایی ازنوع اول و اگر منفی باشد از نوع دوم است که در این صورت میدان مغناطیسی به درون ابررسانا نفوذ می‌کند. در سال 2003 نیز آلكسی آبریكوزوف و ویتالی گینزبورگ به خاطر بسط تئوری ابررسانایی همراه با آنتونی لگت برنده جایزه نوبل فیزیك شدند.

به تازگی هم پژوهشگران فرانسوی خاصیت جدیدی را در ابررساناها پیدا كرده‌اند كه قبلاً در هیچ نظریه‌ای پیش‌بینی نشده بود. چنانكه اشاره شد خواص ابررسانایی در مواد، به دمای محیط، میدان مغناطیسی و شدت جریان عبوری بستگی دارد. محققان فرانسوی بلوری ساخته‌ بودند كه در دمای 04/0 درجه كلوین ابررسانا می‌شد و وقتی شدت میدان مغناطیسی به بیشتر از 2 تسلا می‌رسید، این خاصیت از بین می‌رفت. یكی از پژوهشگران این گروه، از روی كنجكاوی، شدت میدان مغناطیسی را باز هم بیشتر كرد. وقتی شدت میدان به 12 تسلا رسید، بلور دوباره ابررسانا شد. وقتی میدان باز هم بالاتر رفت، این خاصیت دوباره از بین رفت. این گزارش كه اخیراً در نشریه علمی ساینس به چاپ رسیده، توجه بسیاری از فیزیكدانان حالت جامد را برانگیخته است چرا كه هیچ توضیح خاصی برای این پدیده وجود ندارد. با توجه به موارد گفته شده، به نظر می‌رسد كه میدان مغناطیسی متغیر باعث ایجاد رفتارهای جالب پیش‌بینی نشده در ابررساناها می‌شود. البته باید توجه داشت كه ابررسانایی یك خاصیت كاملاً كوانتمی است و به سادگی نمی‌توان وضعیت پیش آمده در این آزمایش را توصیف كرد.

[saghar... 6666]

تاریخچه ساخت ابررساناها بخش سوم

حدود 70 سال پیشرفتهای انجام شده برای افزایش دمای بحرانی به كندی انجام گرفت. از سال 1911 تا سال 1973 یعنی حدود 62 سال دانشمندان تنها توانستند دمای بحرانی را از 4 درجه به 3/23 درجه كلوین كه كمی بیشتر 3/20 كلوین یعنی دمای ئیدروژن مایع است برسانند اما كار با ئیدروژن مایع نیز پرهزینه، مشكل‌آفرین و خطرساز بود و كاربردهای ابررسانا را محدود می‌ساخت. در سالهای بعد علاوه بر فلزات و آلیاژهای فلزی، فعالیتهایی در زمینه تركیبات نیمه‌فلزی توسط برخی دانشمندان آغاز شد اما هنوز ماده‌ای دیگری به جز فلزات و آلیاژها یافته نشده بود كه بتواند در دماهای مورد انتظار ابررسانا باشد. سرانجام در 27 ژانویه سال 1986 جرج بدنورز و آلكس مولر در مؤسسه تحقیقاتی IBM شهر زوریخ سوئیس موفق به كشف پدیدة ابررسانایی در سرامیكی از نوع اكسید مس و شامل لانتانوم و باریوم شدند. دمای بحرانی نمونه ساخته شده، حدود 35 درجه كلوین بود و آنها نیز به خاطر كشف ابررساناهای دمابالا (HTS) موفق به دریافت جایزة نوبل در سال 1987 شدند. طی مدت زمان كوتاهی پس از كشف ابررسانایی دما بالا، دسترسی به دماهای بحرانی بالاتر به سرعت توسعه یافت. یک ماه بعد از كشف بدنورز و مولر، تاناكا و همکاران وی در توکیو نتایج آنها را تأیید نمودند و نتایج فعالیت آنها در یکی از نشریات ژاپنی به چاپ رسید. اندكی بعد از كشف اكسید مس حاوی باریوم و لانتانوم، در نتیجه همکاری پاول چو از دانشگاه هوستون و مانگ كنگ وو از دانشگاه آلاباما، عضو جدیدی از خانواده مواد ابررساناهای دما بالا با جایگزینی ایتریوم Y به جای لانتانوم كشف شد. این ماده سرامیكی كه دمای بحرانی آن به 92 درجه كلوین می‌رسید، به YBCO معروف شد. با توجه به نقطه جوش نیتروژن كه 77 درجه كلوین در فشار یك اتمسفر است، برای سرد شدن این ابررسانا تا دمای بحرانی استفاده از نیتروژن مایع هم امكانپذیر بود كه بسیار ارزان‌تر و بی‌خطرتر از ئیدروژن و هلیم مایع بود. بنابراین فقط در طی یک سال از کشف اصلی، دمای انتقال به حالت ابررسانایی افزایش سه برابر داشت و واضح بود که انقلاب ابررساناها شروع شده است. برای پاسداشت تحول مهمی كه در علم فیزیك واقع شده بود، توسط انجمن فیزیکدانان آمریکایی در بعدازظهر یکی از روزهای مارس 1987 جشنی هم در نیویورک برگزار شد. این جشن 3000 شرکت کننده داشت و حدود 3000 نفر نیز این جشن را از طریق تلویزیون مدار بسته در خارج از محل اصلی تماشا کردند. در طول شش سال بعد، چند خانواده دیگر از ابررساناها کشف شدند که شامل تركیبات شامل تولیوم (Tl) و جیوه (Hg) بوده و دارای حداکثر دمای بحرانی بیشتر از 120 درجه کلوین بودند. بالاترین مقدار تأیید شده دمای بحرانی در فشار معمولی یك اتمسفر، 135 درجه كلوین و متعلق به HgBa2Ca2Cu3O8 می‌باشد. به صورت تجربی معلوم شده است اگر ماده ابررسانا به صورت مكانیكی تحت فشار قرار گیرد، دمای بحرانی ابررسانا كمی تغییر می‌كند. در سال 1993، دمای بحرانی 165 درجه كلوین (108- درجه سانتیگراد) نیز در تركیبی از اكسید مس و جیوه و البته تحت فشارهای خیلی بالا گزارش شد. همگی ابررساناهای مورد اشاره یک ویژگی مشترك داشتند. وجود سطوح تراز شامل اتمهای اكسیژن و مس که با مواد حامل بار برای سطوح تراز از یكدیگر جدا می‌شوند. با توجه به كاربردهای مختلف ابررساناها، بسیاری از تلاشها بر افزایش دمای عملكرد ابررساناها تا دستیابی به دمای اتاق متمركز شده است.

هر چند دمای بحرانی تركیبات جدید سرامیكی در حد قابل توجهی از دمای بحرانی مواد ابررسانای متعارف (فلزات و آلیاژها) بزرگتر است، به دلیل خصوصیات فیزیكی این مواد مانند شكنندگی و پایین بودن چگالی و جریان بحرانی كاربردهای این مواد هنوز در مرحله‌ی تحقیق است. اخیراً سعید سلطانیان به همراه یك گروه علمی به سرپرستی پروفسور شی زو دو در دانشگاه ولونگونگ استرالیا ابررسانایی ساخته‌اند كه بالاترین ركورد را از نظر خواص مكانیكی در میان ابررسانا دارد. این ابررسانا به شكل سیم یا نواری از جنس دی برید منیزیم (MgB2) با پوششی از آهن است و امكان انعطاف برای ساخت تجهیزات مختلف الكتریكی را داراست.

ابررساناهای جدید عموماً سرامیكی و اكسیدهای فلزی ورقه ورقه هستند که در دمای اتاق مواد نسبتاً بی‌ارزشی محسوب می‌شوند و البته كاربردهای متفاوتی نیز دارند. اكسیدهای فلزی ابررسانا در مقایسه با فلزات شامل کمی حامل بار معمولی هستند و داری خواص انیسوتوروپیک الکتریکی و مغناطیسی می‌باشند. این خواص به نحو قابل ملاحظه‌ای حساس به محتوای اكسیژن می‌باشند. نمونه‌های ابررسانای موادی مانند YBa2Cu3O7 را یک دانش‌آموز دبیرستانی نیز می‌تواند در یک اجاق میکروویو تولید کند اما برای تشخیص خواص فیزیکی ذاتی، کریستالهای یکتایی با درجه خلوص بالا مورد نیاز است كه فرآیند ساخت پیچیده‌ای دارند.

تاریخچه ساخت ابررساناها بخش دوم

از كشف ابررسانایی در سال 1911 تاكنون، هیچ نظریه فیزیكی جامعی نتوانسته است به بیان دقیق علت خاصیت ابررسانایی بپردازد. در سال 1957 سه فیزیكدان آمریكایی به نام‌های باردین، كوپر و شریفر در دانشگاه ایلی‌نویز نظریه‌ای برای توجیه پدیده ابررسانایی در ابررساناهای متعارف ارائه دادند كه با نام آنها به نظریه BCS معروف گردید. براساس این نظریه در ابررساناهای معمولی، الكترونهایی كه در رسانایی جریان نقش دارند، جفت‌هایی تشكیل می‌دهند و متقابلاً با عواملی كه باعث مقاومت الكتریكی می‌شوند، مقابله می‌كنند. ابداع تئوری BCS نیز برای سه دانشمند آمریكایی جایزه توبل 1972 را به ارمغان آورد. این‌كه 4۶ سال طول کشید تا توجیهی برای پدیده ابررسانایی یافت شود، دلایلی داشت. دلیل اول این‌كه جامعة فیزیک تا حدود بیست سال مبانی علمی لازم برای ارائه راه حل مسئله را كه تئوری کوانتوم فلزات معمولی بود نداشت. دوم این‌که تا سال ۱۹۳۴ هیچ آزمایش اساسی در این زمینه انجام نشد. سوم اینکه وقتی مبانی علمی لازم بدست آمد، به زودی مشخص شد انرژی مشخصه وابسته به تشکیل ابررسانایی بسیار کوچک یعنی حدود یک ملیونیم انرژی الکتریکی مشخصة حالت عادی است. بنابراین نظریه پردازان توجه‌شان را به توسعة یک تفسیر رویدادی از جریان ابررسانایی جلب کردند. این مسیر توسط فریتز لاندن رهبری می‌شد. وی در سال ۱۹۵۳ به نکتة زیر اشاره کرد:‌ "ابررسانایی پدیده‌ای کوانتومی در مقیاس ماکروسکوپی است و با جداسازی حالت حداقل انرژی از حالات تحریک شده بوسیلة وقفه های زمانی رخ می‌دهد." به علاوه وی بیان داشت كه دیامغناطیس شدن ابررساناها یک مشخصه بنیادی است. تئوری BCS در توضیح و تفسیر رویدادهای ابررسانایی موجود و هم چنین در پیشگویی رویدادهای جدید نسبتاً موفق بود. در ژوئیه 1959، در اولین کنفرانس بزرگی كه بعد از ارائه ی نظریه ی BCS با موضوع با ابررسانایی در دانشگاه کمبریج برگزار شد، دیوید شوئنبرگ كنفرانس را با این جمله آغاز کرد: «حالا باید ببینیم تا چه حد مشاهدات با حقایق نظری جور در می‌آیند ...؟»

کمی بعد از انتشار نتایج اولیة تئوری BCS ، در تابستان سال 1957 سه دانشمند دانماركی به نامهای آگ بور، بن موتلسون و دیوید پاینز، در کپنهاگ نشان دادند که نوترونها و پروتونهای موجود در هسته اتم به خاطر جذب دوسویه شان جفت می‌شوند و بدینوسیله توانستند معمای قدیمی پدیدة هسته‌ای را توجیه نمایند. در همین زمان یوشیرو نامبو نیز در شیکاگو دریافت که ترتیب جفت شدن BCS برای پدیده‌های انرژی بالا در فیزیک ذرات ابتدائی نیز صحت دارد. باید گفت در اثر ارائه تئوری BCS بود كه پژوهشگران فلزات ابررسانی جدیدی را معرفی کردند و مشتاقانه به دنبال موادی گشتند که در دماهای نسبتاً بالاتر از 20 کلوین ابررسانا می‌شوند. بعد از ارائه تئوری BCS، دو آلیاژ جدید نیز معرفی شدند. یكی مواد الکترون سنگین مانند CeCu2Si2، UPt3 و UBe13 که به عنوان ابررساناهایی در دماهای حدود یک کلوین توسط فرانك استگلیش در آلمان و زاچاری فیسك، جیم اسمیت و هانس اوت در آمریكا شناخته شدند و دیگری فلزات آلی تقریبا دو بعدی با دمای بحرانی حدود ده درجه کلوین كه در پاریس توسط دانیل ژرومه کشف شد. با وجود تلاش‌های زیاد بند ماتیوس که حدود صد ماده ابررسانا را کشف کرد، هنوز حد بالایی برای دمای مواد ابررسانا وجود داشت. دمایی که از مکانیسم به کار رفته برای ابررسانایی یعنی تعامل فونون القائی ناشی می‌شد. چنانكه نور كوانتومی را فوتون می‌نامند، اصوات كوانتومی را نیز فونون نامیده‌اند.

در سال 1962 جوزفسون انگلیسی در 22 سالگی آزمایشاتی روی جفت الكترونهای كوپر انجام داد كه منجر به مشاهده و اعلام پدیده‌ای شد كه خاصیت تونل‌زنی یا اثر جوزفسون نام گرفت. بر اساس اثر جوزفسون، درصورتیكه دو قطعه ابررسانا توسط یك عایق بسیار نازك (حدود یك نانومتر) به یكدیگر متصل شوند، جفت الكترونهای كوپر می‌توانند از عایق عبور نمایند. مقدار جریان الكتریكی ایجاد شده به ولتاژ اتصال و میدان مغناطیسی وابسته است. ارائه تئوری مزبور برای جوزفسون و دو دانشمند دیگر یعنی لئو ایزاكی و ایوار گیاور كه فعالیتهای مشابهی در بررسی پدیده تونل زنی داشتند جایزه نوبل 1973 را به ارمغان آورد.

[saghar... 6666]

تاریخچه ساخت ابررساناها بخش اول

پژوهش برای بررسی تغییر مقاومت الكتریكی اجسام در دماهای پائین برای نخستین بار توسط دانشمند اسكاتلندی جیمز دئِور در اواسط قرن نوزدهم آغاز شد. در سال 1864، دو دانشمند لهستانی به نامهای زیگموند روبلوفسكی و كارل اولزفسكی كه روشی برای برای مایع ساختن اكسیژن و نیتروژن، یافته بودند، به بررسی خواص فیزیكی عناصر و ازجمله مقاومت الكتریكی در دماهای خیلی كم ادامه دادند و پیش‌بینی نمودند مقاومت الكتریكی در دماهای كم به شدت كاهش می‌یابد. روبلوفسكی و اولزفسكی نتایج فعالیت خود را در سال 1880 منتشر ساختند. بعد از آن دِئور و فلمینگ نیز پیش‌بینی ‌خود را مبنی بر الكترومغناطیس شدن كامل فلزات خالص در دمای صفر مطلق بیان داشتند. البته دئور بعدها تئوری خود را اصلاح و اعلام داشت مقاومت اینگونه فلزات در دمای مورد اشاره به صفر نمی‌رسد اما مقدار بسیار كمی خواهد بود. والتر نرست نیز با بیان قانون سوم ترمودینامیك بیان داشت كه صفر مطلق دست‌نیافتنی است. كارل لیند و ویلیام همپسون آلمانی در همین زمانها روش خنك‌سازی و مایع ساختن گازها با افزایش فشار را به ثبت رساندند.

در سال 1900، نیكلا تسلا كه با سیستم خنك‌سازی لیند كار می‌كرد، پدیده تقویت سیگنالهای الكتریكی را با سرد شدن اجسام كه درنتیجه كاهش مقاومت آنها بود، مشاهده و به ثبت رساند. سرانجام خاصیت ابررسانایی توسط پروفسور هلندی، كمرلینک اونز، در سال 1911 و زمانی‌كه وی سرگرم آزمایش تئوری دئور بود، در دانشگاه لیدن مشاهده شد. اونز دریافت که اگر جیوه در هلیم مایع یعنی حدود 2/4 درجه كلوین قرار گیرد، مقاومت الکتریکی آن از بین می‌رود. سپس یك حلقه سربی را در دمای 7 درجه كلوین ابررسانا نمود و قوانین فارادی را بر روی آن آزمایش كرد و مشاهده نمود وقتی با تغییر شار در حلقه جریان القایی تولید شود، حلقه سربی بر عكس رساناهای دیگر رفتار می‌نماید. یعنی بعد از قطع میدان تا زمانی‌كه در حالت ابر رسانایی قرار دارد، جریان الكتریكی را تا مدت زیادی حفظ می‌كند. به عبارت دیگر بعد از به وجود آمدن جریان الكتریكی ناشی از میدان مغناطیسی در یك سیم ابررسانا، سیم حتی بدون میدان خارجی یا مولد الكتریكی نیز می‌تواند حامل جریان باشد. اونز این رخداد را در آزمایشگاه دانشگاه لیدن با ایجاد جریان ابررسانایی در یک سیم‌پیچ و سپس حمل سیم‌پیچ همراه با سرد کننده‌ای که آن را سرد نگه می‌داشت به دانشگاه کمبریج به عموم نشان داد. یافته اونز منجر به اعطای جایزه نوبل فیزیك در سال 1913 به وی شد.

اونز همچنین متوجه شد برای هر یك از مواد ابررسانا، دمایی به نام دمای بحرانی وجود دارد كه وقتی ماده از این دما سردتر شود، جسم ابررسانا می‌گردد و در دماهای بالاتر از این دما، جسم دارای مقاومت الکتریکی است. دمای بحرانی عناصر مختلف متفاوت است. مثلا" دمای بحرانی جیوه حدود 5 درجه كلوین، سرب 9 درجه كلوین و نیوبیوم 2/9 درجه كلوین می‌باشد و برای بعضی آلیاژها و تركیبات مانند Nb3Sn و Nb3Ge دمای بحرانی به 18 و 23 درجه كلوین نیز می‌رسد. البته فلزات رسانایی مانند طلا، نقره و حتی مس نیز هستند كه تلاش برای رساندن مقاومت ویژه‌شان به صفر بی نتیجه مانده است و مشخص نیست اگر به صفر مطلق برسند مقاومت آنها چقدر خواهد بود. رسانیدن دمای ابررساناهای متعارف به این دما نیازمند وجود هلیم مایع می‌باشد كه بسیار پرهزینه، خطرناك و مشکل است. لذا از همان ابتدا تلاش برای تولید ابررساناهایی با دمای بحرانی بالاتر شروع شد و محققان در تلاشند مواد ابررسانایی با دمای بحرانی بالاتر پیدا كنند.

مهمترین خواص ابررساناها

درمورد مهمترین خواص ابررساناها می‌توان به موارد ذیل اشاره داشت.

1. مقاومت ناچیز در مقابل عبور جریان مستقیم و توانایی عبور چگالی جریان بالا: امروزه صرفه‌جویی در مصرف انرژی، یكی از مهم‌ترین نیازهای كشورهای صنعتی است. بودجه‌های زیادی صرف تحقیقات در زمینه كشف راه‌های تازه و موثرتر برای یافتن انرژی‌های ارزان‌ و با ریسك كمتر می‌شود. برپایة این پدیده، بارهای الكتریكی می‌توانند بدون تلفات گرمایی از یك رسانا عبور كنند. بنابراین ابررسانایی با نقشی كه می‌تواند در زمینه صرفه جویی در تولید و انتقال انرژی الكتریكی بازی كند، در آینده بشر نقشی اساسی خواهد داشت و به همین دلیل در سالهای اخیر بیش از ده هزار پژوهشگر با صرف هزینه‌های زیاد، تحقیقات خود را روی موضوع ابررسانایی و كاربردهای آن در علوم مختلف متمركز ساخته‌اند. با توجه به مقاومت تقریباٌ صفر، ابررساناها درشبکه‌های توزیع و انتقال و همچنین ماشینهای الکتریکی قابل استفاده هستند. این خاصیت باعث می‌شود که اگر جریانی در یک ابررسانا ایجاد شود، بدون کاهش قابل توجهی برای مدت طولانی برقرار بماند. همینطور شدت جریان عبوری از ابررسانا نیز به علت فقدان افت اهمی بسیار بالاست. برای مثال آلیاژ نیوبیوم و تیتانیوم که در درجه حرارت 4/4 كلوین به حالت ابررسانایی می‌رسد قادر به عبور جریان 2000 آمپر بر میلیمتر مربع در شدت میدان 5 تسلا است. این چگالی صد بار بیشتر از چگالی جریان در سیمهای مسی معمولی است. البته در صورت افزایش چگالی جریان از حد معینی، ابررسانا در وضعیت مقاومتی قرار می‌گیرد و خصوصیت ابررسانایی را از دست خواهد داد. جریان یا چگالی جریانی که ابررسانا می‌تواند از خود عبور دهد و خاصیت ابررسانایی را از دست ندهد به جریان بحرانی یا چگالی جریان بحرانی معروف است.

2. توانایی در تولید میدانهای مغناطیسی قوی: پدیدة ابررسانایی در فن‌آوری‌های جدید از توانایی‌های گسترده‌ای برخوردار است. خواص ابررسانایی در مواد، علاوه بر دمای محیط و شدت جریان عبوری، به میدان مغناطیسی هم بستگی دارد. یعنی حتی اگر جسم در دمایی پایین‌تر از حد ابررسانایی باشد، وقتی میدان مغناطیسی از میزان مشخصی بیشتر باشد، خاصیت ابررسانایی از بین خواهد رفت. از این میدان‌ها می‌توان در قطارهای مغناطیسی استفاده کرد. شدت این میدانها برای آلیاژ نیوبیوم و تیتانیوم (NbTi) به حدود 10 تسلا نیز می‌رسد. شدت میدان مغناطیسی در جهت از بین بردن خاصیت ابررسانایی عمل می‌کند. میدان بحرانی به شدت میدانی اشاره دارد که ابررسانا خاصیت خود را در آن شدت میدان از دست می‌دهد. برای توضیح خصوصیات مغناطیسی ابررسانا، فرض كنید كه در غیاب هر گونه مغناطیسی ابتدا مقاومت ابررسانا با سرد شدن از بین برود و سپس میدان مغناطیسی به آن اعمال شود. به دلیل آنكه چگالی شار نمی‌تواند در داخل فلز تغییر كند، باید حتی بعد از اعمال میدان مغناطیسی نیز صفر باقی بماند. در واقع اعمال میدان مغناطیسی، جریانهای بدون مقاومتی را القا می‌كند كه در سطح نمونه طوری گردش می‌كنند كه چگالی شار مغناطیسی آنها در داخل نمونه دقیقاً برابر و در جهت مخالف چگالی شار میدان مغناطیسی اعمال شده باشد و از آنجایی كه این جریانها از بین نمی‌روند، چگالی شار خالص در داخل نمونه صفر باقی می‌ماند.

سالهای بسیاری تصور می‌شد كه تمام ابررساناها بر اساس اصول فیزیكی مشابهی رفتار می‌كنند. اما اكنون ثابت شده ابررساناها با توجه به رفتار فیزیكی، به دو گروه مختلف كه به ابررساناهای نوع I وII معروفند باید دسته‌بندی شوند. بیشتر عناصر در شرایط ابررسانایی، رفتار ابررسانایی از نوع I را از خود نشان می‌دهند اما تعداد كمی از عناصر و بیشتر آلیاژها عموماً رفتار ابررسانایی از نوع II را بروز می‌دهند. در شكل زیر ابررساناهای نوع I و II در جدول مندلیف مشاهده می‌شود.

توجیه اختلاف بین ابررساناهای نوع Iو II مبتنی بر مسافت آزاد میانگین الکترونهای هدایتی در فاز نرمال است. مقاومت الکترونی در مواد ابررسانای نوع I یعنی آلیاژها و فلزات واسط در حالت عادی کوتاه است اما با افزودن مقداری از یک عنصر خاص، مسافت آزاد میانگین الکترونهای هدایتی افزایش یافته و ابررسانای نوع اول به ابررسانای نوع دوم تبدیل می‌شود. از نظر مغناطیسی، ابررساناهای نوع اول دارای دو محدوده و ابررساناهای نوع دوم دارای سه ناحیه برای فعالیت هستند.

3. خاصیت تونل‌زنی: این مشخصه به این معنی است که اگر دو ابررسانا را خیلی به هم نزدیک کنیم، مقداری از جریان یکی به دیگری نشت می‌کند. در دو سر این پیوندگاه یا تونل هیچ ولتاژی وجود ندارد. یعنی میزان جریان نشتی به ولتاژ بستگی ندارد ولی به میدان مغناطیسی و تابش مغناطیسی حتی در مقادیر خیلی کوچک بشدت وابسته است.

[saghar... 6666]

ابررسانایی چیست؟

در سال 1908 هایك كمرلینگ اونز هلندی در دانشگاه لیدن موفق به تولید هلیوم مایع گردید و با استفاده از آن توانست به درجه حرارت حدود یك درجه كلوین برسد. یكی از اولین بررسی‌هایی كه اونز با دسترسی به این درجه حرارت پایین انجام داد، مطالعه تغییرات مقاومت الكتریكی فلزات بر حسب درجه حرارت بود. چندین سال قبل از آن معلوم شده بود كه مقاومت فلزات وقتی دمای آنها به كمتر از دمای اتاق برسد كاهش پیدا می‌كند؛ اما معلوم نبود كه اگر درجه حرارت تا حدود كلوین تنزل یابد، مقاومت تا چه حد كاهش می‌یابد. اونز كه با پلاتینیوم كار می‌كرد متوجه شد كه سرد شدن نمونه پلاتینیوم با اندكی كاهش در مقاومت الكتریكی آن همراه است كه متناسب با خلوص نمونه متغیر بود. در آن زمان خالص‌ترین فلز قابل دسترس جیوه بود و اونز در تلاش برای به دست آوردن رفتار فلز خیلی خالص، مقاومت جیوه خالص را در دماهای مختلف اندازه گرفت. در سال 1911 وی دریافت كه در درجه حرارت خیلی پایین، مقاومت جیوه تا حد غیرقابل اندازه‌گیری كاهش می‌یابد كه البته موضوع شگفت‌انگیزی نبود اما نحوه از بین رفتن مقاومت غیر منتظره به نظر می‌رسید. اونز مشاهده نمود هنگامی كه درجه حرارت جیوه به سمت صفر درجه مطلق تنزل داده می‌شود، كاهش آرام مقاومت ناگهان در حدود 4 درجه كلوین با افت بسیار بزرگی مواجه شده و پایین‌تر از این درجه حرارت، جیوه هیچ‌گونه مقاومتی از خود نشان نمی‌داد. همچنین این گذار ناگهانی به حالت بی‌مقاومتی، فقط مربوط به خواص فلزات نمی‌شد و حتی در جیوه ناخالص نیز اتفاق می‌افتاد. اونز به این نتیجه رسید كه پایین تر از 4 درجه كلوین، جیوه به حالت دیگری از خواص الكتریكی كه كاملا با حالتهای شناخته شده قبلی متفاوت بود رسیده است. این حالت تازه «ابررسانایی» نام گرفت.

مدتی بعد مشخص شد كه با تغییر برخی شرایط مانند افزایش دوباره دما، ابررسانایی از بین می‌رود یعنی مقاومت الكتریكی فلزاتی كه به وضعیت ابررسانایی رسیده‌اند، مجددا قابل بازیابی است. همچنین با بررسی خصوصیتهای مغناطیسی فلزات ابررسانا، مشخص شد كه اگر یك میدان مغناطیسی قوی به ابررسانا اعمال شود، خواص مغناطیسی فلز ابررسانا نسبت به درجه حرارت‌های معمولی بسیار متفاوت می‌باشد. بر اساس تحقیقات انجام شده، تاكنون مشخص شده است كه نصف عناصر فلزی و همچنین برخی آلیاژها و سرامیكها در درجه حرارت‌های پایین ابررسانا می‌شوند. مشكل اصلی در استفاده از ابررساناها، ایجاد دمای بسیار پایین آن است. دمای ابررسانایی برای ابررساناهای اولیه در حدود كمتر از 25 درجه كلوین (248- درجه سانتیگراد) بود و تنها با كمك ئیدروژن یا هلیوم مایع مهیا می‌شد كه بسیار گران قیمت و خطرناك است. بعد از حدود هفت دهه از كشف ابررساناهای معمولی، سرانجام در سال 1986 مواد سرامیكی جدیدی از نوع اكسیدهای مس كشف شدند كه در دمای بالاتر از 77 درجه كلوین كه دمای جوش نیتروژن مایع است، توانایی بروز خاصیت ابررسانایی داشتند و به ابررساناهای دمابالا hts معروف شدند. تحقیقات صورت گرفته تا سال 2005 منجر به ساخت ابررساناهایی شده است كه در فشار بالا و دمای حدود 165 درجه كلوین (108- درجه سانتیگراد) ابررسانا می‌شوند.