Superkonduktiviti dan Kesan Meissner

Dalam pengalir biasa, sebahagian tenaga elektrik terlesap akibat rintangan. Sesetengah bahan berubah secara mendadak apabila disejukkan di bawah suhu genting tertentu. Dalam keadaan superkonduktor, rintangan elektrik terhadap arus terus boleh menjadi sifar dan bahan menunjukkan tindak balas magnet yang tidak dimiliki oleh pengalir sempurna biasa.

Peralihan berlaku di bawah suhu genting

Setiap bahan superkonduktor mempunyai julat keadaan yang membolehkan superkonduktiviti bertahan. Suhu yang terlalu tinggi boleh memusnahkan keadaan itu. Arus atau medan magnet yang terlalu kuat juga boleh menyebabkan bahan kembali ke keadaan biasa. Oleh itu, superkonduktor bukan pengalir yang mempunyai rintangan sifar dalam semua keadaan.

Suhu genting lazimnya dilambangkan Tc dan nilainya bergantung pada bahan serta keadaan fizikalnya. Istilah superkonduktor suhu tinggi bersifat relatif: bahan dalam kumpulan ini masih lazimnya memerlukan penyejukan kriogenik, dan suhu operasinya boleh jauh di bawah suhu bilik.

Kesan Meissner membezakan keadaan superkonduktor

Apabila bahan tertentu memasuki keadaan superkonduktor dalam medan magnet yang cukup kecil, arus pada permukaannya menghasilkan medan yang menentang medan luar sehingga fluks magnet disingkirkan daripada bahagian dalam bahan. Fenomena ini dikenali sebagai kesan Meissner. Superkonduktor jenis kedua mempunyai tingkah laku yang lebih rumit kerana fluks magnet boleh menembusi bahan dalam bentuk vorteks pada julat medan tertentu. Ini menunjukkan bahawa superkonduktiviti ialah fasa yang berbeza, bukan sekadar keadaan dengan rintangan yang sangat kecil.

Pasangan elektron menerangkan banyak superkonduktor konvensional

Dalam teori mikroskopik bagi superkonduktor konvensional, interaksi elektron dengan getaran kisi kristal membolehkan elektron membentuk pasangan yang bergerak secara kolektif. Keadaan kuantum kolektif ini menerangkan mengapa arus boleh mengalir tanpa pelesapan tenaga akibat rintangan biasa. Tenaga diperlukan untuk memecahkan pasangan ini, jadi gangguan kecil yang biasanya menghasilkan rintangan tidak mudah menghamburkan pembawa arus. Namun, mekanisme beberapa keluarga superkonduktor suhu tinggi masih menjadi bidang penyelidikan aktif dan tidak wajar dipaksa ke dalam satu penerangan yang sama.

Antara kegunaan penting ialah penghasilan medan magnet kuat

Gegelung superkonduktor boleh membawa arus tinggi dengan kehilangan tenaga akibat rintangan yang sangat kecil lalu menghasilkan medan magnet kuat. Teknologi ini digunakan dalam magnet saintifik dan pengimejan resonans magnet. Kegunaan praktikal tetap memerlukan sistem penyejukan dan kawalan terhadap had suhu, arus serta medan magnet. Superkonduktor turut digunakan dalam magnet pemecut zarah, penderia kuantum dan peranti pengukuran magnet yang sangat sensitif.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?