Ülijuhiks on element või metallisulam, mis teatud temperatuurist madalamale jahutamisel kaotab materjal dramaatiliselt kogu elektritakistuse. Põhimõtteliselt võivad ülijuhid lubada elektrivool voolata ilma energiakadudeta (kuigi praktikas on ideaalset ülijuhti väga raske toota). Seda tüüpi voolu nimetatakse supervooluks.
Künnistemperatuuri, millest allpool materjal läheb üle ülijuhi olekusse, tähistatakse kui Tc, mis tähistab kriitilist temperatuuri. Kõik materjalid ei muutu ülijuhtideks ja materjalidel, millel kõigil on oma väärtus Tc.
Ülijuhtide tüübid
- I tüüpi ülijuhid toimivad toatemperatuuril juhtidena, kuid madalamal jahutatuna Tc, vähendab molekuli liikumine materjalis piisavalt, et voolu vool saaks takistamatult liikuda.
- 2. tüüpi ülijuhid ei ole toatemperatuuril eriti head juhid, üleminek ülijuhi olekusse on järkjärgulisem kui 1. tüüpi suprajuhtidel. Selle oleku muutmise mehhanism ja füüsiline alus pole praegu täielikult mõistetavad. 2. tüüpi ülijuhid on tavaliselt metallilised ühendid ja sulamid.
Ülijuhi avastamine
Ülijuhtivus avastati esmakordselt 1911. aastal, kui Hollandi füüsik Heike Kamerlingh Onnes jahutas elavhõbedat umbes 4 kraadini Kelvinini, mis teenis talle 1913. aastal Nobeli füüsikapreemia. Aastatega on see väli märkimisväärselt laienenud ja avastatud on palju muid ülijuhtide vorme, sealhulgas 2. tüüpi ülijuhid 1930ndatel.
Ülijuhtivuse põhiteooria, BCS-i teooria, teenis teadlased - John Bardeen, Leon Cooper ja John Schrieffer - 1972. aastal Nobeli füüsikapreemia. Osa 1973. aasta Nobeli füüsikapreemiast läks Brian Josephsonile ka ülijuhtivuse eest.
Jaanuaris 1986 tegid Karl Muller ja Johannes Bednorz avastuse, mis muutis revolutsiooni, kuidas teadlased supijuhte mõtlesid. Enne seda punkti oli arusaam, et ülijuhtivus avaldub alles siis, kui jahutatakse peaaegu temperatuurini absoluutne null, kuid baariumi, lantaani ja vase oksiidi kasutades leidsid nad, et see sai ülijuhiks temperatuuril umbes 40 kraadi Kelvini. See algatas võistluse leida materjale, mis toimisid ülijuhtidena palju kõrgematel temperatuuridel.
Pärast seda on aastakümnete jooksul saavutatud kõrgeim temperatuur umbes 133 kraadi Kelvini (kuigi kõrge rõhu korral võiksite tõusta kuni 164 kraadi Kelvini). 2015. aasta augustis avaldas ajakirjas Nature avaldatud artikkel ülijuhtivuse avastamise temperatuuril 203 kraadi Kelvini, kui see oli kõrgel rõhul.
Ülijuhtide rakendused
Ülijuhte kasutatakse erinevates rakendustes, kuid eriti suure hadronkolonderi konstruktsioonis. Laetud osakeste kiirte sisaldavad tunnelid on ümbritsetud võimsate ülijuhtidega torudega. Ülijuhtide kaudu voolavad ülivoolud tekitavad läbi intensiivse magnetvälja elektromagnetiline induktsioon, mida saab kasutada meeskonna kiirendamiseks ja suunamiseks vastavalt soovile.
Lisaks näitavad ülijuhid: Meissneri efekt mille käigus nad tühistavad kogu materjali sees oleva magnetvoo, muutudes täiuslikult diamagneetiliseks (avastati 1933. aastal). Sel juhul liiguvad magnetvälja jooned jahutatud ülijuhi ümber. See on ülijuhtide omadus, mida kasutatakse sageli magnetilise levitatsiooni katsetes, näiteks kvantlukustuses nähtav kvantlukustus. Teisisõnu, kui Tagasi tulevikku stiili hõljukid muutuvad kunagi reaalsuseks. Vähem ilmsetes rakendustes mängivad ülijuhid rolli tänapäevastes edusammudes magnetilised levitatsioonirongid, mis pakuvad võimsat võimalust kiiret ühistransporti, mis põhineb elektril (mis võib olla toodetud taastuvenergia abil) vastupidiselt taastumatutele praegustele võimalustele, nagu lennukid, autod ja söel töötavad energiaallikad rongid.
Toimetanud Anne Marie Helmenstine, Ph.