فوق‌هادی یا ابررسانا چیست و چه کسی نخستین بار آن را کشف کرد؟
سال اکتشاف: 1911
این کشف چه می‌گوید؟
بعضی از مواد تمام مقاومت خود را در حرارت‌های بسیار پایین، در برابر جریان‌های الکتریکی از دست می‌دهند.
چه کسی آن را کشف کرد؟
هایک کامرلینگ اونس Heike Kamerlingh Onnes
ابر رسانه‌ها (یا فوق‌هادی‌ها) یعنی جریان‌الکتریکی سیال بوده و هیچ‌گونه مقاومتی در برابر آن وجود نداشته باشد. حتی بهترین هادی‌ها مقاومت اندکی در برابر جریان‌الکتریکی دارند. اما ابررسانه‌ها (فوق هادی‌ها) اصلاً مقاومتی نشان نمی‌دهند. متاسفانه برخی از آن‌ها فقط در سرمای شدید، نزدیک به صفر وجود دارند.
گرچه استفاده عملی از این اکتشاف هنوز ممکن نشده است، ابررسانه بودن نوید استفاده در موتورهای‌الکتریکی و مغناطیسی را می‌دهد، یعنی جریان‌الکتریکی می‌تواند هزاران کیلومتر بدون از دست دادن قدرت انتقال پیدا کند و برق ارزان را به همه جا و همه کس برساند. اما استفاده از آن شاید در آینده ممکن شود.
هایک اونس در ۱8۵۳ در هلند متولد شد. خانواده او ثروتمند و صاحب یک کارخانه آجرپزی بودند. او بعد از اتمام تحصیلات در دانشگاه، وقتش را صرف حل معماهای علمی می‌کرد و سعی داشت نظریه‌هایی را که آزمایش‌های فیزیکی قادر به حل آن‌ها نبود، به اثبات رساند.
او در سن ۲۵ سالگی تحقیق بر روی خواص ماده را در دمای حداقل (269- سانتی‌گراد یا 465- درجه فارنهایت) آغاز کرد. وجود چنین درجه حرارتی را که در آن تمام انرژی‌گرمایی از میان رفته و حرکت درون اتم متوقف می‌شود، لرد کلوین به اثبات رسانده و آن را صفر کلوین یا صفر مطلق نامیده بود.
درباره صفر مطلق نظریه‌های مختلفی ارائه شده بود از جمله آن‌که صفر مطلق الکترون‌ها را از حرکت می‌اندازد، جریان‌الکتریکی را بند می‌آورد و مقاومت به جریان‌الکتریکی بسیار زیاد خواهد بود. بعضی دیگر اعتقاد داشتند که عکس این موضوع صادق است – مقاومت به صفر می‌رسد و جریان‌الکتریکی به طور دائم برقرار می‌شود.
هرکس نظریه‌ای داشت. اونس تصمیم گرفت که این نظریه‌ها را بیازماید.
اما مشکلی پیش روی او بود. هیچ روشی برای سرد کردن اجسام تا 269- درجه سانتی‌گراد وجود نداشت. خوشبختانه آزمایشگاه دانشگاه لیدن در اختیار او بود و در این آزمایشگاه تجهیزات کاملی داشت.
در 1907 اونس دماسنجی اختراع کرد که می‌توانست دمایی تا نزدیکی صفر مطلق را اندازه‌گیری کند. در سرمای هلیوم مایع را تا 9/0 K-، کمتر از یک درجه بالای صفر مطلق برساند! اونس متوجه شد می‌تواند این هلیوم مایع را برای سرد کردن اجسام دیگر و رساندن حرارت آن‌ها به صفر K مورد استفاده قرار دهد و مقاومت الکتریکی آن‌ها را اندازه‌گیری کند.
در ۱۹۱۱ او محفظه‌ای درست کرد که می‌توانست هلیوم مایع فوق‌العاده سرد را در آن نگهداری کند و برای آزمایش‌هایش مورد استفاده قرار دهد. او مطالعات الکتریکی خود را با سرد کردن پلاتینیوم و بعد طلا و رساندن حرارت آن‌ها تا نزدیکی صفر مطلق ادامه داد گرچه مقاومت‌الکتریکی هنوز وجود داشت و او به نتیجه‌ای نرسیده بود.
اونس تصمیم گرفت فلز جیوه را امتحان کند. او در لوله‌ای U شکل جیوه مایع ریخت. دو سطح جیوه را به جریان‌های الکتریکی وصل کرد، بعد گاز هلیوم سرد شده را نزدیک جیوه برد.
هنگامی که حرارت کم شد و به 229- درجه سانتی‌گراد رسید، مقاومت‌الکتریکی کاهش پیدا کرد و در گرمای 19/4 K مقاومت به صفر رسید.
اونس آزمایش را در ماه‌های آینده چندین بار تکرار کرد و همان نتیجه را به دست آورد. زیر 19/4 K مقاومت دیده نمی‌شد و جریان‌الکتریکی بدون تلف شدن برای همیشه ادامه پیدا می‌کرد. او این پدیده را ابررسانه نامید.
اونس ابررسانه‌ها را کشف کرده بود اما نتوانست آن را به طور نظری شرح دهد و فقط فکر می‌کرد با نظریه کوانتوم در ارتباط است. در سال ۱۹۵۱ با معادلات ریاضی توانست ابررسانه را توضیح دهد.
مطالعات برای به دست آوردن ابررسانه در حرارت‌های بالاتر آغاز شد. اکنون ترکیبی – متاسفانه سمی – از جیوه و مس در 138 K و 131- درجه سانتی‌گراد می‌تواند به ابر رسانه تبدیل شود. روزی که روشی پیدا شود که در حرارت‌های بالاتر خاصیت ابررسانه‌ای را آشکار کند، ارزش کار اونس آشکار خواهد شد.
در یکی از آزمایشگاه‌های پیشرفته فیزیک اروپایی، دانشمندان توانسته‌اند جریانی از برق را به مدت ۵ سال بدون هیچ‌گونه اتلاف انرژی، در یک مدار ابررسانه‌ای برقرار کنند. در نیروگاه‌های معمولی که ولتاژ قطع می‌شود به دلیل مقاومت سیم‌ها، جریان‌الکتریکی هم در چند میلی‌ثانیه قطع می‌شود.
این نوشته‌ها را هم بخوانید
