Mis on ülijuhtiv materjal

Kui temperatuur langeb teatud kriitilisele temperatuurile, kaob mõnede materjalide vastupidavus täielikult. Seda nähtust nimetatakse ülijuhtivuseks ja selle nähtusega materjale ülijuhtivateks materjalideks. Teine ülijuhtide omadus on see, et kui takistus kaob, ei läbi magnetilised induktsioonijooned ülijuhti. Seda nähtust nimetatakse diamagnetismiks.

Üldmetallide (näiteks vase) takistus väheneb temperatuuri langusega järk-järgult. Kui temperatuur on 0K lähedal, jõuab selle takistus teatud väärtuseni. 1919. aastal kasutas Hollandi teadlane Onnes elavhõbeda jahutamiseks vedelat heeliumi. Kui temperatuur langes 4,2 K-ni (st -269 ° C), leidis ta, et elavhõbeda takistus kadus täielikult.

Ülijuhtivus ja diamagnetism on ülijuhtide kaks olulist omadust. Temperatuuri, mille juures ülijuhi takistus on null, nimetatakse kriitiliseks temperatuuriks (TC). Ülijuhtivate materjalide uurimisel on probleemiks&"temperatuuritõke GG" läbilöömine, see tähendab kõrge temperatuuriga ülijuhtivate materjalide leidmine.

NbTi ja Nb3Sn esindatud praktilisi ülijuhtivaid materjale on turustatud ja neid on rakendatud paljudes valdkondades, nagu inimese tuumamagnetresonantstomograafia (NMRI), ülijuhtivad magnetid ja suured kiirendusmagnetid; SQUID on kasutatud ülijuhtide nõrkvooluliste rakenduste mudelina. See mängib olulist rolli nõrkade elektromagnetiliste signaalide mõõtmisel ja selle tundlikkust ei suuda saavutada ükski teine ​​mitteülijuhtiv seade. Kuna aga tavaliste madalatemperatuuriliste ülijuhtide kriitiline temperatuur on liiga madal, tuleb neid kasutada kallis ja keerulises vedelheeliumisüsteemis (4,2K), mis piirab oluliselt madalatemperatuuriliste ülijuhtivate rakenduste arengut.

Kõrgtemperatuuriliste oksiidist ülijuhtide esilekerkimine on läbi murdnud temperatuuri barjääri ja tõstnud ülijuhtivuse rakendustemperatuuri vedelast heeliumist (4,2K) vedelaks lämmastikuks (77K). Vedela lämmastikuga võrreldes on vedel lämmastik väga ökonoomne külmutusagens ja suurema soojusvõimega, mis pakub insenerirakendustes suurt mugavust. Lisaks on kõrgtemperatuurilistel ülijuhtidel väga kõrged magnetilised omadused ja neid saab kasutada tugevate magnetväljade tekitamiseks üle 20T.

Ülijuhtivate materjalide kõige atraktiivsemad rakendused on energiatootmine, jõuülekanne ja energia salvestamine. Ülijuhtivate materjalide kasutamine ülijuhtiva generaatori poolimagnetiks võib suurendada generaatori magnetvälja tugevust 50 000–60 000 Gausini ja energiakadu pole peaaegu üldse. Võrreldes tavaliste generaatoritega suureneb ülijuhtivate generaatorite ühekordne võimsus 5–10 korda, energiatootmise efektiivsus suureneb 50%; ülijuhtivad ülekandeliinid ja ülijuhtivad trafod suudavad kasutajatele energiat peaaegu kadudeta edastada. Statistika järgi on umbes 15% vask- või alumiiniumtraadi ülekande võimsuskadudest ülekandeliinil. Hiinas on aastane voolukadu üle 100 miljardi kraadi. Kui see muudetakse ülijuhtivaks jõuülekandeks, on säästetud energia samaväärne uute kümnete suuremahuliste elektrijaamadega; ülijuhtivate maglevrongide tööpõhimõte on kasutada ülijuhtivate materjalide diamagnetilisi omadusi ülijuhtivate materjalide vähendamiseks. Juhtiv materjal asetatakse püsimagneti (või magnetvälja) kohale. Ülijuhi diamagnetismi tõttu ei saa magneti magnetvälja jooned ülijuhti läbida. Magneti (või magnetvälja) ja ülijuhi vahel tekib tõukejõud, mille tõttu ülijuht levib selle kohal. Sellist magnetilise levitatsiooni efekti saab kasutada kiirete ülijuhtivate magnetiliste levitatsioonirongide, näiteks Shanghai Pudongi rahvusvahelise lennujaama kiirrongide valmistamiseks; ülijuhtivate arvutite jaoks vajavad kiired arvutid integreeritud vooluringi kiipidel komponentide ja ühendusliinide tihedat paigutust, kuid tihedalt paigutatud vooluahelad Töötamisel tekib suur kogus soojust. Kui ülijuhtivat materjali, mille takistus on nullilähedane, kasutatakse ühendusjuhtme või ülimikroküttega ülijuhtiva seadme valmistamiseks, ei teki soojuse hajutamise probleemi ja arvuti kiirust saab oluliselt parandada.