สภาพของไมส์เนอร์ เอฟเฟกต์ Meissner และการนำไปใช้จริง เอฟเฟกต์ Meissner และการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ คำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ของการทดลอง

แม่เหล็กในถ้วยตัวนำยิ่งยวดที่จุ่มลงในไนโตรเจนเหลวจะลอยเหมือนโลงศพของโมฮัมเหม็ด...

“โลงศพของโมฮัมเหม็ด” ในตำนานเข้ากับภาพ “วิทยาศาสตร์” ของโลกในปี 1933 ในชื่อ “Meissner Effect”: ตั้งอยู่เหนือตัวนำยิ่งยวด แม่เหล็กจะลอยและเริ่มลอยตัว ข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์ เอ " ภาพทางวิทยาศาสตร์“(กล่าวคือ ตำนานของผู้อธิบาย ข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์) คือ: “สนามแม่เหล็กคงที่และไม่แรงเกินไปถูกผลักออกจากตัวอย่างที่มีตัวนำยิ่งยวด” - และทุกอย่างก็ชัดเจนและเข้าใจได้ในทันที แต่ผู้ที่สร้างภาพโลกของตนเองก็ไม่ได้รับอนุญาตให้คิดว่าพวกเขากำลังเผชิญกับการลอยตัว ใครชอบอะไร? อย่างไรก็ตาม ผู้ที่ไม่กระพริบตาด้วย "ภาพทางวิทยาศาสตร์ของโลก" จะมีประสิทธิผลในด้านวิทยาศาสตร์มากกว่า นี่คือสิ่งที่เราจะพูดถึงตอนนี้

และโอกาสพระเจ้า ผู้ประดิษฐ์...

โดยทั่วไป การสังเกต "ปรากฏการณ์ไมส์เนอร์-โมฮัมเหม็ด" ไม่ใช่เรื่องง่าย เนื่องจากจำเป็นต้องใช้ฮีเลียมเหลว แต่ในเดือนกันยายน ปี 1986 เมื่อ G. Bednorz และ A. Muller รายงานว่า การนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงเป็นไปได้ในตัวอย่างเซรามิกที่ใช้ Ba-La-Cu-O สิ่งนี้ขัดแย้งกับ "ภาพทางวิทยาศาสตร์ของโลก" โดยสิ้นเชิงและคนเหล่านั้นก็จะถูกไล่ออกไปอย่างรวดเร็ว แต่เป็น "โลงศพของโมฮัมเหม็ด" ที่ช่วย: ปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวดสามารถแสดงให้ทุกคนและทุกที่เห็นได้อย่างอิสระและคำอธิบายอื่น ๆ ทั้งหมด ของ "ภาพทางวิทยาศาสตร์ของโลก" ขัดแย้งมากยิ่งขึ้น แล้วยิ่งยวดที่ อุณหภูมิสูงได้รับการยอมรับอย่างรวดเร็วและพวกเขา รางวัลโนเบลพวกเหล่านี้ได้รับมันแล้ว ปีหน้า- – เปรียบเทียบกับผู้ก่อตั้งทฤษฎีความเป็นตัวนำยิ่งยวด - Pyotr Kapitsa ผู้ค้นพบความเป็นตัวนำยิ่งยวดเมื่อห้าสิบปีก่อน และได้รับรางวัลโนเบลเร็วกว่าคนเหล่านี้เพียงแปดปีเท่านั้น...

ก่อนดำเนินการต่อ ชมการลอยตัวของโมฮัมเหม็ด-ไมส์เนอร์ในวิดีโอต่อไปนี้

ก่อนเริ่มการทดลอง ตัวนำยิ่งยวดที่ทำจากเซรามิกชนิดพิเศษ ( YBA 2 Cu 3 O 7's) ถูกทำให้เย็นลงโดยการเทไนโตรเจนเหลวลงไปเพื่อให้ได้คุณสมบัติ "มหัศจรรย์"

ในปี 1992 ที่มหาวิทยาลัยตัมเปเร (ฟินแลนด์) นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Evgeniy Podkletnov ได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับคุณสมบัติของการป้องกันสนามแม่เหล็กไฟฟ้าต่างๆ โดยเซรามิกตัวนำยิ่งยวด อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการทดลอง ค่อนข้างบังเอิญ มีการค้นพบเอฟเฟกต์ที่ไม่เข้ากับกรอบงาน ฟิสิกส์คลาสสิก- Podkletnov เรียกมันว่า "การป้องกันแรงโน้มถ่วง" และร่วมกับผู้เขียนร่วมของเขาได้ตีพิมพ์รายงานเบื้องต้น

Podkletnov หมุนแผ่นตัวนำยิ่งยวดที่ "แช่แข็ง" ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า แล้ววันหนึ่ง มีคนในห้องปฏิบัติการได้จุดท่อ และควันที่ลอยเข้ามาในบริเวณเหนือจานหมุนก็พุ่งสูงขึ้น! เหล่านั้น. ควันเหนือแผ่นดิสก์ลดน้ำหนัก! การวัดด้วยวัตถุที่ทำจากวัสดุอื่นยืนยันการคาดเดาที่ไม่ตั้งฉาก แต่โดยทั่วไปตรงกันข้ามกับ "ภาพทางวิทยาศาสตร์ของโลก": ปรากฎว่าเป็นไปได้ที่จะป้องกันตัวเองจากแรงโน้มถ่วงสากล "ที่แพร่หลาย"!
แต่ตรงกันข้ามกับเอฟเฟกต์ Meissner-Mahomet ที่มองเห็นได้ ความชัดเจนที่นี่ต่ำกว่ามาก: การลดน้ำหนักสูงสุดประมาณ 2%

รายงานการทดลองนี้จัดทำโดย Evgeniy Podkletnov ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2538 และส่งไปยัง D. Modanese ซึ่งขอให้เขาตั้งชื่อหัวข้อที่จำเป็นสำหรับการอ้างอิงในงานของเขา "การวิเคราะห์ทางทฤษฎี..." ซึ่งปรากฏในห้องสมุดก่อนพิมพ์ของ Los Alamos ใน พฤษภาคม (hep-th/9505094) และอุปทาน พื้นฐานทางทฤษฎีเพื่อการทดลอง นี่คือลักษณะที่ตัวระบุ MSU ปรากฏขึ้น - เคมี 95 (หรือในการถอดความ MSU - เคมี 95)

บทความของ Podkletnov ถูกหลายคนปฏิเสธ วารสารวิทยาศาสตร์จนกระทั่งในที่สุดก็ได้รับการยอมรับให้ตีพิมพ์ (ณ เดือนตุลาคม พ.ศ. 2538) ใน "Journal of Applied Physics" อันทรงเกียรติซึ่งตีพิมพ์ในประเทศอังกฤษ (The Journal of Physics-D: Applied Physics ซึ่งเป็นสิ่งพิมพ์ของ Institute Physics ของอังกฤษ) ดูเหมือนว่าการค้นพบนี้เกือบจะปลอดภัยแล้ว หากไม่ได้รับการยอมรับ อย่างน้อยก็น่าสนใจ โลกวิทยาศาสตร์- อย่างไรก็ตาม มันกลับไม่เป็นอย่างนั้น

สิ่งพิมพ์ที่ห่างไกลจากวิทยาศาสตร์เป็นฉบับแรกที่ตีพิมพ์บทความผู้ไม่เคารพความบริสุทธิ์ของ "ภาพวิทยาศาสตร์ของโลก" - วันนี้พวกเขาจะเขียนเกี่ยวกับชายตัวเขียวและจานบินและพรุ่งนี้เกี่ยวกับการต้านแรงโน้มถ่วง - มันจะน่าสนใจสำหรับผู้อ่านไม่ว่าสิ่งนี้จะพอดีหรือไม่ก็ตาม สู่ภาพ “วิทยาศาสตร์” ของโลก
ตัวแทนของมหาวิทยาลัยตัมเปเรกล่าวว่าปัญหาการต่อต้านแรงโน้มถ่วงไม่ได้ถูกจัดการภายในกำแพงของสถาบันนี้ ผู้เขียนร่วมของบทความ Levit และ Vuorinen ซึ่งให้การสนับสนุนทางเทคนิคกลัวเรื่องอื้อฉาวปฏิเสธเกียรติยศของผู้ค้นพบและ Evgeniy Podkletnov ถูกบังคับให้ถอนข้อความที่เตรียมไว้ออกจากนิตยสาร

อย่างไรก็ตาม ความอยากรู้อยากเห็นของนักวิทยาศาสตร์ก็มีชัย ในปี 1997 ทีมงาน NASA ในเมืองฮันต์สวิลล์ รัฐแอละแบมา ได้ทำการทดลองของ Podkletny ซ้ำโดยใช้การตั้งค่าของพวกเขา การทดสอบแบบสถิต (โดยไม่ต้องหมุนจาน HTSC) ไม่ได้ยืนยันผลของการป้องกันแรงโน้มถ่วง

อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถเป็นอย่างอื่นได้:นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวอิตาลีที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ Giovanni Modanese ในรายงานของเขาที่นำเสนอในเดือนตุลาคม 1997 ที่การประชุม IAF Congress ครั้งที่ 48 ( สหพันธ์นานาชาติอวกาศ) ซึ่งจัดขึ้นที่เมืองตูรินได้รับการสนับสนุนโดยทฤษฎีว่าจำเป็นต้องใช้ดิสก์ HTSC เซรามิกสองชั้นที่มีอุณหภูมิวิกฤติที่แตกต่างกันของชั้นเพื่อให้ได้ผล (อย่างไรก็ตาม Podkletnov ก็เขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้ด้วย) งานนี้ได้รับการพัฒนาในภายหลังในบทความ “Gravitational Anomalies by HTC superconductors: a 1999 Theoretical Status Report” ยังมีข้อสรุปที่น่าสนใจเกี่ยวกับความเป็นไปไม่ได้ในการก่อสร้างอีกด้วย อากาศยานโดยใช้ผลกระทบของ "การป้องกันแรงโน้มถ่วง" แม้ว่าจะยังมีความเป็นไปได้ทางทฤษฎีในการสร้างลิฟต์แรงโน้มถ่วง - "ลิฟต์

ในไม่ช้านักวิทยาศาสตร์ชาวจีนก็ค้นพบความแปรผันของแรงโน้มถ่วงในระหว่างการวัดการเปลี่ยนแปลงของแรงโน้มถ่วงระหว่างสุริยุปราคาเต็มดวง มีน้อยมากแต่โดยอ้อมยืนยันความเป็นไปได้ของ "การป้องกันแรงโน้มถ่วง" นี่คือวิธีที่ภาพ "วิทยาศาสตร์" ของโลกเริ่มเปลี่ยนแปลงเช่น ตำนานใหม่ถูกสร้างขึ้น

เกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้น จึงสมควรถามคำถามต่อไปนี้:
- และ "การทำนายทางวิทยาศาสตร์" ที่มีชื่อเสียงอยู่ที่ไหน - เหตุใดวิทยาศาสตร์จึงไม่ทำนายผลต้านแรงโน้มถ่วง?
- ทำไมโอกาสถึงตัดสินใจทุกอย่าง? ยิ่งกว่านั้น นักวิทยาศาสตร์ที่มีภาพทางวิทยาศาสตร์ของโลก แม้จะเคี้ยวมันและเอาเข้าปากแล้ว ก็ไม่สามารถทำการทดลองซ้ำได้ นี่เป็นเคสแบบไหนที่มาถึงหัวหนึ่ง แต่ไม่สามารถทุบเข้าไปในหัวอื่นได้?

นักสู้ชาวรัสเซียที่ต่อต้านวิทยาศาสตร์เทียมมีความโดดเด่นมากยิ่งขึ้นซึ่งนำโดยนักวัตถุนิยมผู้ทำสงคราม Evgeniy Ginzburg จนกระทั่งสิ้นยุคของเขา ศาสตราจารย์จากสถาบันปัญหาทางกายภาพซึ่งตั้งชื่อตาม พี.แอล. Kapitsa RAS Maxim Kagan กล่าวว่า:
การทดลองของ Podkletnov ดูค่อนข้างแปลก เมื่อสองล่าสุด การประชุมระดับนานาชาติเกี่ยวกับความเป็นตัวนำยิ่งยวดในบอสตัน (สหรัฐอเมริกา) และเดรสเดน (เยอรมนี) ซึ่งฉันเข้าร่วม การทดลองของเขาไม่ได้ถูกกล่าวถึง ผู้เชี่ยวชาญไม่เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวาง โดยหลักการแล้ว สมการของไอน์สไตน์อนุญาตให้เกิดอันตรกิริยาของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและสนามโน้มถ่วงได้ แต่เพื่อให้ปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวเห็นได้ชัดเจน จำเป็นต้องมีพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดมหึมา ซึ่งเทียบได้กับพลังงานนิ่งของไอน์สไตน์ กระแสไฟฟ้าเป็นสิ่งจำเป็นที่มีขนาดสูงกว่ากระแสไฟฟ้าที่สามารถทำได้ในสภาพห้องปฏิบัติการสมัยใหม่ ดังนั้นเราจึงไม่มีความสามารถในการทดลองที่แท้จริงในการเปลี่ยนแปลงอันตรกิริยาของแรงโน้มถ่วง
- แล้วนาซ่าล่ะ?
-นาซ่ามีเงินใช้มากมาย พัฒนาการทางวิทยาศาสตร์- พวกเขาทดสอบแนวคิดมากมาย พวกเขายังทดสอบแนวคิดที่น่าสงสัยมาก แต่ดึงดูดผู้ชมจำนวนมาก... เราศึกษาคุณสมบัติที่แท้จริงของตัวนำยิ่งยวด...»

– นี่แหละคือ: เราเป็นนักวัตถุนิยมสัจนิยม และชาวอเมริกันกึ่งผู้รู้หนังสือสามารถทุ่มเงินไปทางซ้ายและขวาเพื่อเอาใจคนรักไสยศาสตร์และวิทยาศาสตร์เทียมอื่น ๆ พวกเขากล่าวว่านี่คือธุรกิจของพวกเขา

ผู้สนใจสามารถศึกษารายละเอียดงานเพิ่มเติมได้

ปืนต่อต้านแรงโน้มถ่วง Podkletnov-Modanese

โครงการ "ปืนต่อต้านแรงโน้มถ่วง"

ฉันเหยียบย่ำ Podkletnov เพื่อนร่วมชาติผู้สัจนิยมอย่างเต็มที่ ร่วมกับนักทฤษฎี Modanese เขาได้สร้างปืนต่อต้านแรงโน้มถ่วงขึ้นมาโดยเปรียบเปรย

ในคำนำของการตีพิมพ์ Podkletnov เขียนสิ่งต่อไปนี้: “ ฉันไม่ตีพิมพ์ผลงานเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงในภาษารัสเซีย เพื่อไม่ให้เพื่อนร่วมงานและฝ่ายบริหารต้องอับอาย ในประเทศของเรามีปัญหาอื่นๆ มากพอ แต่ไม่มีใครสนใจวิทยาศาสตร์ คุณสามารถใช้ข้อความในสิ่งพิมพ์ของฉันได้อย่างอิสระในการแปลที่ถูกต้อง...
โปรดอย่าเชื่อมโยงผลงานเหล่านี้กับจานบินและมนุษย์ต่างดาว ไม่ใช่เพราะมันไม่มีอยู่จริง แต่เพราะมันทำให้คุณยิ้มได้ และไม่มีใครอยากสนับสนุนเงินทุนสำหรับโครงการตลกๆ งานของฉันเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงเป็นฟิสิกส์ที่จริงจังมากและทำการทดลองอย่างรอบคอบ เราดำเนินการด้วยความเป็นไปได้ที่จะปรับเปลี่ยนท้องถิ่น สนามโน้มถ่วงขึ้นอยู่กับทฤษฎีความผันผวนของพลังงานสุญญากาศและทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม».

ดังนั้น งานของ Podkletnov จึงไม่เหมือนกับงานของ Podkletnov ที่รู้ทุกอย่างของรัสเซีย จึงดูไม่ตลกเลย ตัวอย่างเช่น สำหรับบริษัท Boeing ซึ่งเปิดตัวการวิจัยอย่างกว้างขวางในหัวข้อ "ตลก" นี้

Podkletnov และ Modanese สร้างอุปกรณ์ที่ให้คุณควบคุมแรงโน้มถ่วง แม่นยำยิ่งขึ้น - ต้านแรงโน้มถ่วง - (รายงานมีอยู่ในเว็บไซต์ห้องปฏิบัติการลอส อลามอส) - “แรงกระตุ้นแรงโน้มถ่วงที่ควบคุมได้” ช่วยให้คุณสามารถส่งผลกระทบระยะสั้นต่อวัตถุใด ๆ ที่ระยะทางหลายสิบหรือหลายร้อยกิโลเมตร ซึ่งทำให้สามารถสร้างระบบใหม่สำหรับการเคลื่อนที่ในอวกาศ ระบบการสื่อสาร ฯลฯ- สิ่งนี้ไม่ชัดเจนในข้อความของบทความ แต่คุณควรใส่ใจกับความจริงที่ว่าแรงกระตุ้นนี้ขับไล่ไม่ใช่ดึงดูดวัตถุ เห็นได้ชัดว่า เมื่อพิจารณาว่าคำว่า "การป้องกันแรงโน้มถ่วง" ไม่เป็นที่ยอมรับในกรณีนี้ มีเพียงข้อเท็จจริงเท่านั้น คำว่า "ต้านแรงโน้มถ่วง" เป็น "ข้อห้าม" สำหรับวิทยาศาสตร์บังคับให้ผู้เขียนหลีกเลี่ยงการใช้ในข้อความ

ที่ระยะห่างจากการติดตั้ง 6 ถึง 150 เมตร ในอีกอาคารหนึ่งวัด

กระติกน้ำสุญญากาศพร้อมลูกตุ้ม

อุปกรณ์ที่เป็นลูกตุ้มธรรมดาในขวดสุญญากาศ

มีการใช้วัสดุหลายชนิดเพื่อสร้างลูกตุ้มทรงกลม:โลหะ แก้ว เซรามิค ไม้ ยาง พลาสติก การติดตั้งแยกจากเครื่องมือวัดที่ระยะ 6 ม. ด้วยกำแพงอิฐสูง 30 ซม. และแผ่นเหล็กขนาด 1x1.2x0.025 ม. ส่วนระบบการวัดที่ระยะ 150 ม. ล้อมรั้วด้วยกำแพงอิฐเพิ่มเติม ความหนา 0.8 ม. ในการทดลองใช้ลูกตุ้มไม่เกิน 5 อันที่อยู่ในเส้นเดียวกัน คำให้การของพวกเขาทั้งหมดตรงกัน
ไมโครโฟนคอนเดนเซอร์ถูกใช้เพื่อกำหนดคุณลักษณะของพัลส์ความโน้มถ่วง โดยเฉพาะสเปกตรัมความถี่ ไมโครโฟนเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์และบรรจุอยู่ในกล่องพลาสติกทรงกลมที่เต็มไปด้วยยางมีรูพรุน มันถูกวางไว้ตามแนวเล็งหลังกระบอกแก้ว และมีความเป็นไปได้ในการวางทิศทางที่แตกต่างกันไปตามทิศทางของแกนปล่อย
แรงกระตุ้นส่งลูกตุ้มซึ่งสังเกตด้วยสายตา เวลาหน่วงสำหรับการเริ่มต้นการสั่นของลูกตุ้มมีน้อยมากและไม่สามารถวัดได้ จากนั้นการสั่นตามธรรมชาติจะค่อยๆ หายไป ในทางเทคนิค สามารถเปรียบเทียบสัญญาณจากการคายประจุและการตอบสนองที่ได้รับจากไมโครโฟน ซึ่งมีพฤติกรรมทั่วไปของพัลส์ในอุดมคติ:
ควรสังเกตว่าไม่พบสัญญาณใดนอกขอบเขตขอบเขต และปรากฏว่า “ลำแสงกำลัง” ได้กำหนดขอบเขตไว้อย่างชัดเจน

การพึ่งพาความแรงของพัลส์ (มุมโก่งของลูกตุ้ม) ถูกค้นพบไม่เพียง แต่กับแรงดันคายประจุเท่านั้น แต่ยังรวมถึงประเภทของตัวปล่อยด้วย

อุณหภูมิของลูกตุ้มไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างการทดลอง แรงที่กระทำต่อลูกตุ้มไม่ได้ขึ้นอยู่กับวัสดุและเป็นสัดส่วนกับมวลของตัวอย่างเท่านั้น (ในการทดลองตั้งแต่ 10 ถึง 50 กรัม) ลูกตุ้มที่มีมวลต่างกันมีการโก่งตัวเท่ากันที่แรงดันไฟฟ้าคงที่ สิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วจากการวัดจำนวนมาก นอกจากนี้ยังพบความเบี่ยงเบนของความแรงของแรงกระตุ้นโน้มถ่วงภายในพื้นที่ฉายภาพของตัวปล่อย ผู้เขียนเชื่อมโยงการเบี่ยงเบนเหล่านี้ (มากถึง 12-15%) ด้วยความไม่สม่ำเสมอของตัวปล่อย

การวัดพัลส์ในช่วง 3-6 ม., 150 ม. (และ 1200 ม.) จากการตั้งค่าการทดลองให้ผลลัพธ์ที่เหมือนกันภายในข้อผิดพลาดของการทดลอง เนื่องจากจุดตรวจวัดเหล่านี้ นอกเหนือจากอากาศแล้ว ยังถูกแยกออกจากกันด้วยกำแพงอิฐหนา จึงสามารถสันนิษฐานได้ว่าแรงกระตุ้นแรงโน้มถ่วงไม่ถูกดูดซับโดยตัวกลาง (หรือการสูญเสียไม่มีนัยสำคัญ) พลังงานกล“ดูดซับ” โดยลูกตุ้มแต่ละอันขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่ปล่อยออกมา หลักฐานทางอ้อมที่แสดงว่าผลกระทบที่สังเกตได้นั้นเป็นแรงโน้มถ่วงในธรรมชาติคือข้อเท็จจริงที่เป็นที่ยอมรับของความไร้ประสิทธิผลของการป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า ด้วยผลกระทบจากแรงโน้มถ่วง ความเร่งของร่างกายใดๆ ที่ประสบกับผลกระทบจากแรงกระตุ้นควรโดยหลักการแล้ว โดยไม่ขึ้นอยู่กับมวลของร่างกาย

ป.ล.

ฉันเป็นคนขี้ระแวง และฉันไม่เชื่อว่าสิ่งนี้จะเป็นไปได้ด้วยซ้ำ ความจริงก็คือมีคำอธิบายที่ไร้สาระโดยสิ้นเชิงสำหรับปรากฏการณ์นี้ รวมถึงในวารสารฟิสิกส์ด้วย เช่น ความจริงที่ว่ากล้ามเนื้อหลังของพวกเขาได้รับการพัฒนามาก ทำไมไม่ก้น!

และดังนั้น: บริษัทโบอิ้งได้เปิดตัวการวิจัยอย่างกว้างขวางในหัวข้อที่ "ไร้สาระ" นี้... และตอนนี้มันตลกไหมที่คิดว่าใครบางคนจะมีอาวุธโน้มถ่วงที่สามารถสร้างแผ่นดินไหวได้ .

แล้ววิทยาศาสตร์ล่ะ? ถึงเวลาที่จะเข้าใจ: วิทยาศาสตร์ไม่ได้ประดิษฐ์หรือค้นพบสิ่งใดเลย ผู้คนค้นพบและประดิษฐ์ ปรากฏการณ์ใหม่ถูกค้นพบ รูปแบบใหม่ถูกค้นพบ และสิ่งนี้กลายเป็นวิทยาศาสตร์ไปแล้ว ซึ่งผู้อื่นสามารถทำนายได้ แต่ภายในกรอบของแบบจำลองเหล่านั้นและเงื่อนไขที่แบบจำลองเปิดนั้นเป็นจริงเท่านั้น แต่ ไปไกลกว่ากรอบของแบบจำลองเหล่านี้ วิทยาศาสตร์เองก็ไม่สามารถทำเช่นนี้ได้

ตัวอย่างเช่น “ภาพทางวิทยาศาสตร์ของโลก” ดีกว่าภาพที่พวกเขาเริ่มใช้ในภายหลังหรือไม่? ใช่ความสะดวกสบายเท่านั้น แต่สิ่งใดสิ่งหนึ่งเกี่ยวข้องกับความเป็นจริง? เดียวกัน! และถ้าการ์โนต์ยืนยันขีดจำกัดของประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนโดยใช้แนวคิดเรื่องแคลอรี่ "ภาพของโลก" นี้ก็ไม่ได้เลวร้ายไปกว่าภาพที่เป็นลูกบอลโมเลกุลที่ชนผนังกระบอกสูบ ทำไมรุ่นหนึ่งถึงดีกว่ารุ่นอื่น? ไม่มีอะไร! โมเดลทุกชิ้นเป็นจริงในแง่หนึ่ง ภายใต้ขอบเขตจำกัดบางประการ

ในวาระการประชุมเป็นคำถามสำหรับวิทยาศาสตร์: อธิบายว่าโยคะนั่งก้นกระโดดสูงครึ่งเมตรได้อย่างไร!

จีดีสตาร์เรตติ้ง
ระบบการให้คะแนน WordPress

โลงศพของโมฮัมเหม็ด 5.0 จาก 5 ขึ้นอยู่กับ 2 การให้คะแนน

เมื่อตัวนำยิ่งยวดที่อยู่ในสนามแม่เหล็กคงที่ภายนอกถูกทำให้เย็นลง ในขณะที่เปลี่ยนเป็นสถานะตัวนำยิ่งยวด สนามแม่เหล็กจะถูกแทนที่ด้วยปริมาตรโดยสิ้นเชิง สิ่งนี้ทำให้ตัวนำยิ่งยวดแตกต่างจากตัวนำในอุดมคติ ซึ่งเมื่อความต้านทานลดลงเหลือศูนย์ จะเกิดการเหนี่ยวนำ สนามแม่เหล็กควรคงปริมาณไว้ไม่เปลี่ยนแปลง

การไม่มีสนามแม่เหล็กในปริมาตรของตัวนำทำให้สามารถสรุปได้จากกฎทั่วไปของสนามแม่เหล็กว่ามีเพียงกระแสพื้นผิวเท่านั้นที่มีอยู่ มันเป็นของจริงทางกายภาพและดังนั้นจึงมีชั้นบางๆ ใกล้พื้นผิว สนามแม่เหล็กของกระแสจะทำลายสนามแม่เหล็กภายนอกภายในตัวนำยิ่งยวด ในแง่นี้ ตัวนำยิ่งยวดจะมีพฤติกรรมอย่างเป็นทางการเหมือนไดแมกเนติกในอุดมคติ อย่างไรก็ตาม มันไม่ได้เป็นแม่เหล็กเนื่องจากการดึงดูดภายในนั้นเป็นศูนย์

ไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์ Meissner ได้ด้วยการนำไฟฟ้าแบบอนันต์เพียงอย่างเดียว เป็นครั้งแรกที่สองพี่น้อง Fritz และ Heinz London อธิบายธรรมชาติของมันโดยใช้สมการลอนดอน พวกเขาแสดงให้เห็นว่าในตัวนำยิ่งยวดสนามทะลุผ่านพื้นผิวถึงความลึกคงที่ - ความลึกของการเจาะทะลุของสนามแม่เหล็กในลอนดอน แลมบ์ดา (\displaystyle \lambda)- สำหรับโลหะ γ ∼ 10 − 2 (\displaystyle \lambda \sim 10^(-2))ไมโครเมตร

ตัวนำยิ่งยวดประเภท I และ II

สารบริสุทธิ์ที่มีการสังเกตปรากฏการณ์ความเป็นตัวนำยิ่งยวดนั้นมีอยู่จำนวนน้อย ส่วนใหญ่แล้วตัวนำยิ่งยวดจะเกิดขึ้นในโลหะผสม ในสารบริสุทธิ์ เอฟเฟกต์ Meissner เต็มรูปแบบจะเกิดขึ้น แต่ในโลหะผสม สนามแม่เหล็กจะไม่ถูกขับออกจากปริมาตรจนหมด (เอฟเฟกต์ Meissner บางส่วน) สารที่แสดงเอฟเฟกต์ Meissner เต็มรูปแบบเรียกว่าตัวนำยิ่งยวดประเภทที่ 1 และบางส่วนเรียกว่าตัวนำยิ่งยวดประเภทที่สอง อย่างไรก็ตาม เป็นที่น่าสังเกตว่าในสนามแม่เหล็กต่ำ ตัวนำยิ่งยวดทุกประเภทจะแสดงเอฟเฟกต์ Meissner เต็มรูปแบบ

ตัวนำยิ่งยวดประเภทที่สองมีกระแสเป็นวงกลมในปริมาตรซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กซึ่งไม่ได้เติมเต็มปริมาตรทั้งหมด แต่มีการกระจายอยู่ในนั้นในรูปแบบของเส้นใยแยกของกระแสน้ำวน Abrikosov สำหรับความต้านทานนั้นเป็นศูนย์เช่นเดียวกับตัวนำยิ่งยวดประเภทที่ 1 แม้ว่าการเคลื่อนที่ของกระแสน้ำวนภายใต้อิทธิพลของกระแสจะสร้างความต้านทานที่มีประสิทธิภาพในรูปแบบของการสูญเสียการกระจายสำหรับการเคลื่อนที่ ฟลักซ์แม่เหล็กภายในตัวนำยิ่งยวดซึ่งหลีกเลี่ยงได้โดยการแนะนำข้อบกพร่องในโครงสร้างของตัวนำยิ่งยวด - ศูนย์ปักหมุดซึ่งกระแสน้ำวน "เกาะติด"

"โลงศพของโมฮัมเหม็ด"

"โลงศพของโมฮัมเหม็ด" เป็นการทดลองที่แสดงให้เห็นถึงผลกระทบของ Meissner ในตัวนำยิ่งยวด

ที่มาของชื่อ

ตามตำนาน โลงศพพร้อมร่างของศาสดาโมฮัมเหม็ดแขวนอยู่ในอวกาศโดยไม่มีการสนับสนุนใดๆ ด้วยเหตุนี้การทดลองนี้จึงถูกเรียกว่า "โลงศพของโมฮัมเหม็ด"

การตั้งค่าการทดสอบ

ความเป็นตัวนำยิ่งยวดจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำเท่านั้น (ในเซรามิก HTSC - ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 150) ดังนั้นสารจึงถูกทำให้เย็นลงก่อน เช่น โดยใช้ไนโตรเจนเหลว ถัดไป แม่เหล็กจะถูกวางบนพื้นผิวของตัวนำยิ่งยวดแบบแบน แม้แต่ในทุ่งนา

ปรากฏการณ์นี้ถูกพบครั้งแรกในปี 1933 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Meissner และ Ochsenfeld เอฟเฟกต์ Meissner ขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ของการกระจัดของสนามแม่เหล็กจากวัสดุโดยสมบูรณ์ในระหว่างการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวด คำอธิบายผลกระทบเกี่ยวข้องกับค่าศูนย์อย่างเคร่งครัด ความต้านทานไฟฟ้าตัวนำยิ่งยวด การแทรกซึมของสนามแม่เหล็กเข้าไปในตัวนำธรรมดานั้นสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กซึ่งในทางกลับกันจะสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและกระแสเหนี่ยวนำที่ป้องกันการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กแทรกซึมเข้าไปในตัวนำยิ่งยวดจนถึงระดับความลึก โดยแทนที่สนามแม่เหล็กจากตัวนำยิ่งยวดซึ่งกำหนดโดยค่าคงที่ที่เรียกว่าค่าคงที่ลอนดอน:

ข้าว. 3.17 แผนภาพแสดงเอฟเฟกต์ Meissner

รูปนี้แสดงเส้นสนามแม่เหล็กและการกระจัดของพวกมันจากตัวนำยิ่งยวดซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต

เมื่ออุณหภูมิผ่านค่าวิกฤต สนามแม่เหล็กในตัวนำยิ่งยวดจะเปลี่ยนไปอย่างรวดเร็ว ซึ่งทำให้ปรากฏพัลส์ EMF ในตัวเหนี่ยวนำ

ข้าว. 3.18 เซนเซอร์ที่ใช้เอฟเฟกต์ Meissner

ปรากฏการณ์นี้ใช้ในการวัดสนามแม่เหล็กอ่อนพิเศษเพื่อสร้าง ไครโอตรอน(การสลับอุปกรณ์)

ข้าว. 3.19 การออกแบบและการกำหนดไครโอตรอน

โครงสร้างไครโอตรอนประกอบด้วยตัวนำยิ่งยวดสองตัว ขดลวดไนโอเบียมพันรอบตัวนำแทนทาลัม ซึ่งกระแสควบคุมไหลผ่าน เมื่อกระแสควบคุมเพิ่มขึ้น ความแรงของสนามแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้น และแทนทาลัมจะผ่านจากสถานะตัวนำยิ่งยวดไปสู่สถานะปกติ ในกรณีนี้ค่าการนำไฟฟ้าของตัวนำแทนทาลัมเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและกระแสไฟฟ้าในวงจรจะหายไปในทางปฏิบัติ ตัวอย่างเช่น วาล์วควบคุมถูกสร้างขึ้นโดยใช้ไครโอตรอน

แม่เหล็กลอยอยู่เหนือตัวนำยิ่งยวดซึ่งระบายความร้อนด้วยไนโตรเจนเหลว

ไมสเนอร์เอฟเฟ็กต์- การกระจัดของสนามแม่เหล็กจากวัสดุโดยสมบูรณ์เมื่อเปลี่ยนเป็นสถานะตัวนำยิ่งยวด (หากการเหนี่ยวนำสนามไม่เกินค่าวิกฤต) ปรากฏการณ์นี้ถูกพบครั้งแรกในปี 1933 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Meissner และ Ochsenfeld

ความเป็นตัวนำยิ่งยวดเป็นคุณสมบัติของวัสดุบางชนิดที่จะมีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์อย่างเคร่งครัดเมื่อมีอุณหภูมิต่ำกว่าค่าที่กำหนด (ความต้านทานไฟฟ้าจะไม่ใกล้ศูนย์ แต่จะหายไปอย่างสมบูรณ์) มีองค์ประกอบบริสุทธิ์ โลหะผสม และเซรามิกหลายสิบชนิดที่เปลี่ยนสภาพเป็นตัวนำยิ่งยวด ความเป็นตัวนำยิ่งยวดไม่เพียงแต่ขาดความต้านทานธรรมดาเท่านั้น แต่ยังเป็นปฏิกิริยาบางอย่างต่อสนามแม่เหล็กภายนอกอีกด้วย เอฟเฟกต์ Meissner เกิดขึ้นเมื่อสนามแม่เหล็กคงที่และไม่แรงเกินไปถูกผลักออกจากตัวอย่างที่มีตัวนำยิ่งยวด ในความหนาของตัวนำยิ่งยวดสนามแม่เหล็กจะลดลงจนเหลือศูนย์ สามารถเรียกความเป็นตัวนำยิ่งยวดและแม่เหล็กได้เช่นเดียวกับคุณสมบัติที่ตรงกันข้าม

ทฤษฎีของเคนต์ โฮวินด์เสนอว่าก่อนเกิดน้ำท่วมใหญ่ ดาวเคราะห์โลกถูกล้อมรอบด้วยชั้นน้ำขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยอนุภาคน้ำแข็งที่ถูกกักเก็บไว้ในวงโคจรเหนือชั้นบรรยากาศโดยปรากฏการณ์ไมส์เนอร์

เปลือกน้ำนี้ทำหน้าที่ป้องกัน รังสีแสงอาทิตย์และรับประกันการกระจายความร้อนที่สม่ำเสมอบนพื้นผิวโลก

ประสบการณ์ภาพประกอบ

การทดลองที่น่าทึ่งมากซึ่งแสดงให้เห็นปรากฏการณ์ Meissner ดังแสดงในภาพถ่าย: แม่เหล็กถาวรลอยอยู่เหนือถ้วยตัวนำยิ่งยวด เป็นครั้งแรกที่นักฟิสิกส์ชาวโซเวียต V.K. Arkadyev ได้ทำการทดลองเช่นนี้ในปี 1945

สภาพตัวนำยิ่งยวดมีอยู่ที่อุณหภูมิต่ำเท่านั้น (เซรามิกตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงมีอยู่ที่อุณหภูมิประมาณ 150 K) ดังนั้นสารจะถูกทำให้เย็นลงก่อน เช่น โดยใช้ไนโตรเจนเหลว ถัดไป แม่เหล็กจะถูกวางบนพื้นผิวของตัวนำยิ่งยวดแบบแบน แม้แต่ในพื้นที่ขนาด 0.001 เทสลา ก็ยังมีการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กขึ้นด้านบนที่เห็นได้ชัดเจนในระยะห่างประมาณ 1 เซนติเมตร เมื่อสนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้นจนถึงค่าวิกฤติ แม่เหล็กก็จะสูงขึ้นเรื่อยๆ

คำอธิบาย

คุณสมบัติอย่างหนึ่งของตัวนำยิ่งยวดประเภท II คือการขับไล่สนามแม่เหล็กออกจากบริเวณของเฟสตัวนำยิ่งยวด เมื่อผลักออกจากตัวนำยิ่งยวดที่อยู่กับที่ แม่เหล็กจะลอยขึ้นมาเองและลอยต่อไปจนกว่าสภาวะภายนอกจะดึงตัวนำยิ่งยวดออกจากเฟสตัวนำยิ่งยวด จากผลนี้ แม่เหล็กที่เข้าใกล้ตัวนำยิ่งยวดจะ "เห็น" แม่เหล็กที่มีขั้วตรงข้ามซึ่งมีขนาดเท่ากันทุกประการ ซึ่งทำให้เกิดการลอยตัว

คุณสมบัติที่สำคัญยิ่งกว่าของตัวนำยิ่งยวดมากกว่าความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์คือสิ่งที่เรียกว่าเอฟเฟกต์ Meissner ซึ่งประกอบด้วยการกระจัดของสนามแม่เหล็กคงที่จากตัวนำยิ่งยวด จากการสังเกตการทดลองนี้ สรุปได้ว่ามีกระแสต่อเนื่องภายในตัวนำยิ่งยวด ซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กภายในซึ่งอยู่ตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กที่ใช้ภายนอกและชดเชยมัน

สนามแม่เหล็กแรงเพียงพอที่อุณหภูมิที่กำหนดจะทำลายสถานะตัวนำยิ่งยวดของสาร สนามแม่เหล็กที่มีความแรง Hc ซึ่งที่อุณหภูมิที่กำหนดทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสารจากสถานะตัวนำยิ่งยวดไปเป็นสภาวะปกติเรียกว่าสนามวิกฤติ เมื่ออุณหภูมิของตัวนำยิ่งยวดลดลง ค่าของ Hc จะเพิ่มขึ้น การพึ่งพาสนามวิกฤติกับอุณหภูมิอธิบายได้อย่างแม่นยำด้วยนิพจน์

โดยที่สนามวิกฤติที่อุณหภูมิศูนย์อยู่ที่ไหน ตัวนำยิ่งยวดก็หายไปเมื่อผ่านตัวนำยิ่งยวด กระแสไฟฟ้าความหนาแน่นมากกว่าวิกฤต เนื่องจากมันสร้างสนามแม่เหล็กมากกว่าวิกฤต

การทำลายสถานะตัวนำยิ่งยวดภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กจะแตกต่างกันระหว่างตัวนำยิ่งยวดประเภท I และประเภท II สำหรับตัวนำยิ่งยวดประเภท II มีค่าสนามวิกฤต 2 ค่า: H c1 ซึ่งสนามแม่เหล็กทะลุผ่านตัวนำยิ่งยวดในรูปแบบของกระแสน้ำวน Abrikosov และ H c2 ซึ่งความเป็นตัวนำยิ่งยวดหายไป

ผลของไอโซโทป

ผลกระทบของไอโซโทปในตัวนำยิ่งยวดคืออุณหภูมิ Tc เป็นสัดส่วนผกผัน รากที่สองจากมวลอะตอมของไอโซโทปขององค์ประกอบตัวนำยิ่งยวดเดียวกัน เป็นผลให้การเตรียมโมโนไอโซโทปแตกต่างกันเล็กน้อยในอุณหภูมิวิกฤตจากของผสมตามธรรมชาติและจากกันและกัน

ช่วงเวลาแห่งลอนดอน

ตัวนำยิ่งยวดที่หมุนได้จะสร้างสนามแม่เหล็กในแนวเดียวกับแกนการหมุนอย่างแม่นยำ ช่วงเวลาแม่เหล็กเรียกว่า "ช่วงเวลาแห่งลอนดอน" โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีการใช้ในดาวเทียมวิทยาศาสตร์ Gravity Probe B ซึ่งมีการวัดสนามแม่เหล็กของไจโรสโคปตัวนำยิ่งยวดสี่ตัวเพื่อกำหนดแกนการหมุนของพวกมัน เนื่องจากโรเตอร์ของไจโรสโคปเป็นทรงกลมที่ราบเรียบเกือบทั้งหมด การใช้โมเมนต์ลอนดอนจึงเป็นหนึ่งในไม่กี่วิธีในการกำหนดแกนการหมุนของพวกมัน

การประยุกต์ใช้ตัวนำยิ่งยวด

มีความก้าวหน้าที่สำคัญในการได้รับตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง ตัวอย่างเช่นจากเซรามิกโลหะองค์ประกอบ YBa 2 Cu 3 O x ได้รับสารที่อุณหภูมิ T c ของการเปลี่ยนเป็นสถานะตัวนำยิ่งยวดเกิน 77 K (อุณหภูมิของการทำให้ไนโตรเจนเหลว) น่าเสียดายที่ตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิสูงเกือบทั้งหมดไม่มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี (เปราะไม่มีคุณสมบัติที่เสถียร ฯลฯ ) ซึ่งเป็นผลมาจากตัวนำยิ่งยวดที่ใช้โลหะผสมไนโอเบียมยังคงใช้ในเทคโนโลยีเป็นหลัก

ปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวดใช้เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กแรงสูง (เช่นในไซโคลตรอน) เนื่องจากไม่มีการสูญเสียความร้อนเมื่อกระแสน้ำแรงผ่านตัวนำยิ่งยวดทำให้เกิดสนามแม่เหล็กแรงสูง อย่างไรก็ตามเนื่องจากสนามแม่เหล็กทำลายสถานะของตัวนำยิ่งยวดจึงใช้สิ่งที่เรียกว่าสนามแม่เหล็กเพื่อให้ได้สนามแม่เหล็กแรงสูง ตัวนำยิ่งยวด Type II ซึ่งสามารถอยู่ร่วมกันได้ของตัวนำยิ่งยวดและสนามแม่เหล็ก ในตัวนำยิ่งยวดดังกล่าว สนามแม่เหล็กทำให้เกิดเกลียวบางๆ ของโลหะปกติทะลุผ่านตัวอย่าง ซึ่งแต่ละเส้นมีควอนตัมฟลักซ์แม่เหล็ก (Abrikosov vortices) สารระหว่างเกลียวยังคงเป็นตัวนำยิ่งยวด เนื่องจากไม่มีเอฟเฟกต์ Meissner เต็มรูปแบบในตัวนำยิ่งยวดประเภท II ความเป็นตัวนำยิ่งยวดจึงมีค่าที่สูงกว่ามากของสนามแม่เหล็ก H c 2 ตัวนำยิ่งยวดต่อไปนี้ส่วนใหญ่จะใช้ในเทคโนโลยี:

มีเครื่องตรวจจับโฟตอนบนตัวนำยิ่งยวด บางคนใช้การมีอยู่ของกระแสวิกฤต นอกจากนี้ยังใช้เอฟเฟกต์โจเซฟสัน การสะท้อนของ Andreev เป็นต้น ดังนั้นจึงมีเครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยวยิ่งยวด (SSPD) สำหรับการบันทึกโฟตอนเดี่ยวในช่วง IR ซึ่งมีข้อได้เปรียบเหนือเครื่องตรวจจับหลายประการ ในระยะใกล้เคียงกัน (PMT ฯลฯ) โดยใช้วิธีการตรวจจับอื่นๆ

ลักษณะเปรียบเทียบของเครื่องตรวจจับ IR ที่พบบ่อยที่สุด ไม่ได้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของความเป็นตัวนำยิ่งยวด (สี่ตัวแรก) เช่นเดียวกับเครื่องตรวจจับตัวนำยิ่งยวด (สามตัวสุดท้าย):

ประเภทเครื่องตรวจจับ	อัตราการนับสูงสุด, s −1	ประสิทธิภาพควอนตัม, %	, ค −1	เอ็นอีพี ดับบลิว
InGaAs PFD5W1KSF APS (ฟูจิตสึ)
R5509-43 PMT (ฮามามัตสึ)
ศรี APD SPCM-AQR-16 (EG\&G)
Mepsicron-II (ควอนตาร์)
			น้อยกว่า 1·10 -3	น้อยกว่า 1·10 -19
			น้อยกว่า 1·10 -3

กระแสน้ำวนในตัวนำยิ่งยวดประเภท II สามารถใช้เป็นเซลล์หน่วยความจำได้ โซลิตันแม่เหล็กบางตัวพบการใช้งานที่คล้ายกันแล้ว นอกจากนี้ยังมีโซลิตอนแม่เหล็กสองและสามมิติที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งชวนให้นึกถึงกระแสน้ำวนในของเหลวเฉพาะบทบาทของเส้นปัจจุบันในนั้นเท่านั้นที่เล่นโดยเส้นที่แม่เหล็กพื้นฐาน (โดเมน) เรียงกัน

การไม่มีการสูญเสียความร้อนเมื่อกระแสตรงไหลผ่านตัวนำยิ่งยวดทำให้การใช้สายเคเบิลตัวนำยิ่งยวดมีความน่าสนใจในการจ่ายไฟฟ้า เนื่องจากสายเคเบิลใต้ดินบางเส้นสามารถส่งพลังงานได้ ซึ่งวิธีดั้งเดิมต้องใช้การสร้างวงจรสายไฟที่มีสายเคเบิลหลายเส้นที่มีความหนามากกว่ามาก . ปัญหาในการป้องกันการใช้งานอย่างแพร่หลายคือต้นทุนของสายเคเบิลและการบำรุงรักษา - ไนโตรเจนเหลวจะต้องถูกสูบผ่านสายตัวนำยิ่งยวดอย่างต่อเนื่อง สายไฟตัวนำยิ่งยวดเชิงพาณิชย์สายแรกเปิดตัวโดย American Superconductor ที่ลองไอส์แลนด์ รัฐนิวยอร์ก ในปลายเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2551 ระบบไฟฟ้าของเกาหลีใต้กำลังวางแผนที่จะสร้างสายไฟตัวนำยิ่งยวดที่มีความยาวรวม 3,000 กม. ภายในปี 2558

การใช้งานที่สำคัญพบได้ในอุปกรณ์วงแหวนตัวนำยิ่งยวดขนาดเล็ก - SQUIDS ซึ่งการกระทำนั้นขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อระหว่างการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กและแรงดันไฟฟ้า พวกมันเป็นส่วนหนึ่งของแมกนีโตมิเตอร์ที่มีความไวสูงเป็นพิเศษซึ่งใช้วัดสนามแม่เหล็กของโลก และยังใช้ในการแพทย์เพื่อรับแมกนีโตแกรมของอวัยวะต่างๆ

ตัวนำยิ่งยวดยังใช้ใน maglevs อีกด้วย

ปรากฏการณ์ของการพึ่งพาอุณหภูมิของการเปลี่ยนผ่านสู่สถานะตัวนำยิ่งยวดกับขนาดของสนามแม่เหล็กนั้นถูกใช้ในไครโอตรอนต้านทานแบบควบคุม

ในปี 1933 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Walter Fritz Meissner ร่วมกับ Robert Ochsenfeld เพื่อนร่วมงานของเขาได้ค้นพบผลกระทบซึ่งต่อมาได้รับการตั้งชื่อตามเขา ผลกระทบของ Meissner อยู่ที่ความจริงที่ว่าเมื่อเปลี่ยนไปสู่สถานะตัวนำยิ่งยวดจะสังเกตการกระจัดของสนามแม่เหล็กจากปริมาตรของตัวนำโดยสมบูรณ์ สิ่งนี้สามารถสังเกตได้อย่างชัดเจนด้วยความช่วยเหลือของการทดลองที่ได้รับชื่อ "โลงศพของโมฮัมเหม็ด" (ตามตำนานโลงศพของศาสดาพยากรณ์มุสลิมโมฮัมเหม็ดแขวนอยู่ในอากาศโดยไม่มีการช่วยเหลือทางกายภาพ) ในบทความนี้เราจะพูดถึง Meissner Effect และการใช้งานจริงในอนาคตและปัจจุบัน

ในปีพ.ศ. 2454 Heike Kamerlingh Onnes ได้ค้นพบที่สำคัญ นั่นคือ ความเป็นตัวนำยิ่งยวด เขาพิสูจน์ว่าหากคุณทำให้สารบางชนิดเย็นลงจนถึงอุณหภูมิ 20 K สารเหล่านั้นจะไม่ต้านทานกระแสไฟฟ้า อุณหภูมิต่ำการสั่นสะเทือนแบบสุ่มของอะตอม "สงบ" และไฟฟ้าไม่เกิดการต้านทาน

หลังจากการค้นพบนี้ เผ่าพันธุ์ที่แท้จริงเริ่มค้นพบสารที่ไม่สามารถต้านทานได้หากไม่มีความเย็น เช่น ที่อุณหภูมิห้องปกติ ตัวนำยิ่งยวดดังกล่าวจะสามารถส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางขนาดมหึมาได้ ความจริงก็คือสายไฟธรรมดาสูญเสียกระแสไฟฟ้าจำนวนมากอย่างแม่นยำเนื่องจากความต้านทาน ในระหว่างนี้ นักฟิสิกส์กำลังทำการทดลองโดยใช้การระบายความร้อนของตัวนำยิ่งยวด และหนึ่งในประสบการณ์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือการสาธิต Meissner Effect คุณจะพบวิดีโอออนไลน์มากมายที่แสดงเอฟเฟกต์นี้ เราได้โพสต์สิ่งที่แสดงให้เห็นถึงสิ่งนี้ได้ดีที่สุด

ในการสาธิตการทดลองลอยแม่เหล็กเหนือตัวนำยิ่งยวด คุณจะต้องใช้เซรามิกและแม่เหล็กที่มีตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง เซรามิกจะถูกทำให้เย็นลงด้วยไนโตรเจนจนถึงระดับการนำไฟฟ้ายิ่งยวด มีกระแสไฟฟ้าเชื่อมต่อกับมันและมีแม่เหล็กวางอยู่ด้านบน ในพื้นที่ 0.001 เทสลา แม่เหล็กจะเคลื่อนที่ขึ้นและลอยอยู่เหนือตัวนำยิ่งยวด

ผลกระทบนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อสารเข้าสู่สภาพนำยิ่งยวด สนามแม่เหล็กจะถูกผลักออกจากปริมาตร

คุณจะใช้เอฟเฟกต์ Meissner ในทางปฏิบัติได้อย่างไร? ผู้อ่านเว็บไซต์นี้น่าจะเคยดูภาพยนตร์นิยายวิทยาศาสตร์หลายเรื่องซึ่งมีรถยนต์ลอยอยู่เหนือถนน หากเราสามารถประดิษฐ์สสารที่จะเปลี่ยนเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิไม่ต่ำกว่า +30 นี่ก็จะไม่ถือเป็นนิยายวิทยาศาสตร์อีกต่อไป

แล้วรถไฟความเร็วสูงที่วิ่งอยู่เหนือรางรถไฟล่ะ? ใช่ พวกเขามีอยู่แล้ว แต่ต่างจากปรากฏการณ์ Meissner ตรงที่มีการใช้กฎฟิสิกส์อื่นๆ ที่นั่น นั่นคือ การผลักกันของแม่เหล็กที่มีขั้วเดียว น่าเสียดายที่แม่เหล็กที่มีราคาสูงไม่อนุญาตให้ใช้เทคโนโลยีนี้อย่างแพร่หลาย ด้วยการประดิษฐ์ตัวนำยิ่งยวดที่ไม่จำเป็นต้องระบายความร้อน รถยนต์ที่บินได้จะกลายเป็นความจริง

ในระหว่างนี้ นักมายากลได้นำ Meissner Effect มาใช้ เราขุดหนึ่งในการแสดงเหล่านี้ไว้ให้คุณทางอินเทอร์เน็ต คณะ “Exos” โชว์กลเม็ดเด็ดๆ ไม่มีเวทย์มนตร์ - แค่ฟิสิกส์

ปรากฏการณ์นี้ถูกพบครั้งแรกในปี 1933 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Meissner และ Ochsenfeld เอฟเฟกต์ Meissner ขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ของการกระจัดของสนามแม่เหล็กจากวัสดุโดยสมบูรณ์ในระหว่างการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวด คำอธิบายผลกระทบเกี่ยวข้องกับค่าความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำยิ่งยวดเป็นศูนย์อย่างเคร่งครัด การแทรกซึมของสนามแม่เหล็กเข้าไปในตัวนำธรรมดานั้นสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กซึ่งในทางกลับกันจะสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและกระแสเหนี่ยวนำที่ป้องกันการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กแทรกซึมตัวนำยิ่งยวดจนถึงระดับความลึก โดยแทนที่สนามแม่เหล็กจากตัวนำยิ่งยวดซึ่งกำหนดโดยค่าคงที่ที่เรียกว่าค่าคงที่ลอนดอน:

. (3.54)

ข้าว. 3.17 แผนภาพแสดงเอฟเฟกต์ Meissner

รูปนี้แสดงเส้นสนามแม่เหล็กและการกระจัดของพวกมันจากตัวนำยิ่งยวดซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต

เมื่ออุณหภูมิผ่านค่าวิกฤต สนามแม่เหล็กในตัวนำยิ่งยวดจะเปลี่ยนไปอย่างรวดเร็ว ซึ่งทำให้ปรากฏพัลส์ EMF ในตัวเหนี่ยวนำ

ข้าว. 3.18 เซนเซอร์ที่ใช้เอฟเฟกต์ Meissner

ปรากฏการณ์นี้ใช้ในการวัดสนามแม่เหล็กอ่อนพิเศษเพื่อสร้าง ไครโอตรอน(การสลับอุปกรณ์)

ข้าว. 3.19 การออกแบบและการกำหนดไครโอตรอน

โครงสร้างไครโอตรอนประกอบด้วยตัวนำยิ่งยวดสองตัว ขดลวดไนโอเบียมพันรอบตัวนำแทนทาลัม ซึ่งกระแสควบคุมไหลผ่าน เมื่อกระแสควบคุมเพิ่มขึ้น ความแรงของสนามแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้น และแทนทาลัมจะผ่านจากสถานะตัวนำยิ่งยวดไปสู่สถานะปกติ ในกรณีนี้ค่าการนำไฟฟ้าของตัวนำแทนทาลัมเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและกระแสไฟฟ้าในวงจรจะหายไปในทางปฏิบัติ ตัวอย่างเช่น วาล์วควบคุมถูกสร้างขึ้นโดยใช้ไครโอตรอน

ในปี พ.ศ. 2456 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Meissner และ Ochsenfeld ตัดสินใจทดลองทดสอบว่าสนามแม่เหล็กมีการกระจายรอบตัวนำยิ่งยวดอย่างไร ผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิด สนามแม่เหล็กจะไม่ทะลุผ่านตัวนำโดยไม่คำนึงถึงสภาวะการทดลอง ข้อเท็จจริงที่น่าทึ่งก็คือตัวนำยิ่งยวดซึ่งเย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตในสนามแม่เหล็กคงที่จะผลักสนามแม่เหล็กนี้ออกจากปริมาตรโดยธรรมชาติผ่านเข้าสู่สถานะที่การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B = 0 เช่น สถานะของไดอะแมกเนติซึมในอุดมคติ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าปรากฏการณ์ Meissner

หลายคนเชื่อว่าเอฟเฟกต์ Meissner เป็นคุณสมบัติพื้นฐานที่สุดของตัวนำยิ่งยวด อันที่จริงการมีอยู่ของการต่อต้านเป็นศูนย์ย่อมตามมาจากผลกระทบนี้อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ท้ายที่สุดแล้ว กระแสการคัดกรองพื้นผิวจะคงที่ในเวลาและไม่ลดทอนลงในสนามแม่เหล็กที่ไม่ได้วัด ในชั้นผิวบางๆ ของตัวนำยิ่งยวด กระแสเหล่านี้จะสร้างสนามแม่เหล็กของตัวเอง ซึ่งเท่ากันและตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กภายนอกอย่างเคร่งครัด ในตัวนำยิ่งยวด สนามแม่เหล็กที่ต้านการแพร่กระจายทั้งสองนี้รวมกันในลักษณะที่สนามแม่เหล็กทั้งหมดจะเท่ากับศูนย์ แม้ว่าเงื่อนไขของสนามแม่เหล็กจะอยู่รวมกันก็ตาม ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมพวกเขาถึงพูดถึงผลกระทบของ "การผลัก" ภายนอก สนามแม่เหล็กออกจากตัวนำยิ่งยวด

ปล่อยให้ตัวนำในอุดมคติในสถานะเริ่มต้นเย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤติ และไม่มีสนามแม่เหล็กภายนอก ตอนนี้เราขอแนะนำตัวนำในอุดมคติดังกล่าวในสนามแม่เหล็กภายนอก เขตข้อมูลตัวอย่างไม่ได้ แทรกซึมซึ่งแสดงไว้ในแผนภาพในรูป 1 . ทันทีหลังจากการปรากฏตัวของสนามภายนอก กระแสจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของตัวนำในอุดมคติโดยสร้างขึ้นตามกฎของ Lenz สนามแม่เหล็กของมันเองมุ่งตรงไปยังสนามที่ใช้และสนามทั้งหมดในตัวอย่างจะเท่ากับศูนย์

สิ่งนี้สามารถพิสูจน์ได้โดยใช้สมการของแมกซ์เวลล์ เมื่อเปลี่ยนการเหนี่ยวนำ ในสนามไฟฟ้า E ควรเกิดขึ้นภายในตัวอย่าง:

ที่ไหน กับ - ความเร็วแสงในสุญญากาศ แต่ในตัวนำในอุดมคติ R= 0 เนื่องจาก

อี = jс,

ที่ไหน -- ความต้านทานซึ่งในกรณีของเราเท่ากับศูนย์ เจ-- ความหนาแน่นกระแสเหนี่ยวนำ มันเป็นไปตามนั้น บี=const แต่เนื่องจากก่อนจะลงตัวอย่างลงสนาม ใน= 0 ก็ชัดเจนว่า ใน= 0 และหลังจากลงสนามแล้ว นอกจากนี้ยังสามารถตีความได้ในลักษณะนี้: เนื่องจาก c = 0 เวลาที่สนามแม่เหล็กทะลุผ่านตัวนำในอุดมคติจึงไม่มีที่สิ้นสุด

ดังนั้นตัวนำในอุดมคติที่นำเข้าสู่สนามแม่เหล็กภายนอกจึงมี ใน= 0 ณ จุดใดๆ ในกลุ่มตัวอย่าง อย่างไรก็ตามสภาพเดียวกัน (ตัวนำในอุดมคติที่ ต<ต กับ ในสนามแม่เหล็กภายนอก) สามารถทำได้ในอีกทางหนึ่ง: ขั้นแรกให้สนามแม่เหล็กภายนอกกับตัวอย่างที่ "อุ่น" จากนั้นจึงทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิ ต<ต กับ .

อิเล็กโทรไดนามิกส์ทำนายผลลัพธ์ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงสำหรับตัวนำในอุดมคติ จริงๆแล้วตัวอย่าง ต>ต กับ มีความต้านทานและสนามแม่เหล็กทะลุผ่านได้ดี หลังจากเย็นลงแล้วด้านล่าง ต กับ สนามจะยังคงอยู่ในตัวอย่าง สถานการณ์นี้แสดงไว้ในรูปที่ 2.

ดังนั้น นอกเหนือจากความต้านทานเป็นศูนย์แล้ว ตัวนำยิ่งยวดยังมีคุณสมบัติพื้นฐานอีกประการหนึ่ง นั่นคือไดอะแมกเนติกในอุดมคติ การหายไปของสนามแม่เหล็กภายในนั้นสัมพันธ์กับการปรากฏตัวของกระแสน้ำที่พื้นผิวถาวรในตัวนำยิ่งยวด แต่สนามแม่เหล็กไม่สามารถผลักออกได้หมดเพราะว่า นี่หมายความว่าบนพื้นผิวสนามแม่เหล็กลดลงอย่างกะทันหันจากค่าสุดท้าย ในเป็นศูนย์ ในการทำเช่นนี้ กระแสความหนาแน่นอนันต์จะไหลผ่านพื้นผิวซึ่งเป็นไปไม่ได้ ดังนั้นสนามแม่เหล็กจึงแทรกซึมลึกเข้าไปในตัวนำยิ่งยวดจนถึงระดับความลึกที่แน่นอน ล.

ปรากฏการณ์ Meissner-Ochsenfeld พบได้เฉพาะในสนามที่อ่อนแอเท่านั้น เมื่อความแรงของสนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้นจนถึงค่าหนึ่ง เอ็น ซมสถานะของตัวนำยิ่งยวดจะถูกทำลาย ฟิลด์นี้เรียกว่าวิกฤต เอ็น ซม. ความสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กวิกฤติกับอุณหภูมิวิกฤติอธิบายไว้อย่างดีในสูตรเชิงประจักษ์ (6)

เอ็น ซม (ท)=เอ็น ซม (0) [1-(ที/ที ค ) 2 ] (6)

ที่ไหน เอ็น ซม (0) - สนามวิกฤตคาดการณ์เป็นศูนย์สัมบูรณ์ .

กราฟของการพึ่งพานี้แสดงในรูปที่ 3 กราฟนี้ถือได้ว่าเป็นแผนภาพเฟส โดยที่แต่ละจุดในส่วนสีเทาสอดคล้องกับสถานะตัวนำยิ่งยวด และแต่ละจุดในส่วนสีขาวสอดคล้องกับสถานะปกติ

ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของการแทรกซึมของสนามแม่เหล็ก ตัวนำยิ่งยวดจะถูกแบ่งออกเป็นตัวนำยิ่งยวดประเภทที่หนึ่งและที่สอง สนามแม่เหล็กจะไม่ทะลุเข้าไปในตัวนำยิ่งยวดประเภท I จนกว่าความแรงของสนามจะถึง เอ็น ซม- หากสนามแม่เหล็กมีค่าเกินค่าวิกฤต สถานะของตัวนำยิ่งยวดจะถูกทำลาย และสนามไฟฟ้าจะทะลุผ่านตัวอย่างได้อย่างสมบูรณ์ ตัวนำยิ่งยวดประเภท 1 ประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีที่เป็นตัวนำยิ่งยวดทั้งหมด ยกเว้นไนโอเบียม

มีการคำนวณว่าเมื่อโลหะเปลี่ยนจากสถานะปกติไปเป็นสถานะตัวนำยิ่งยวด งานบางอย่างก็เกิดขึ้น ที่มาของงานนี้คืออะไรกันแน่? ความจริงที่ว่าตัวนำยิ่งยวดมีพลังงานต่ำกว่าโลหะชนิดเดียวกันในสภาวะปกติ

เป็นที่ชัดเจนว่าตัวนำยิ่งยวดสามารถจ่าย "ความหรูหรา" ของเอฟเฟกต์ Meissner ได้เนื่องจากการได้รับพลังงาน การผลักออกจากสนามแม่เหล็กจะเกิดขึ้นจนกว่าพลังงานที่เพิ่มขึ้นที่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์นี้จะได้รับการชดเชยด้วยพลังงานที่ลดลงอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นซึ่งเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนโลหะเป็นสถานะตัวนำยิ่งยวด ในสนามแม่เหล็กที่มีเพียงพอ ไม่ใช่สถานะของตัวนำยิ่งยวดที่เป็นประโยชน์มากกว่าเชิงพลังงาน แต่เป็นสถานะปกติที่สนามสามารถทะลุผ่านตัวอย่างได้อย่างอิสระ

ปรากฏการณ์ควอนตัมลึกลับยังคงทำให้นักวิจัยประหลาดใจด้วยพฤติกรรมที่ไม่อาจจินตนาการได้ ก่อนหน้านี้เราได้พูดถึง แต่วันนี้เราจะพิจารณาอีกปรากฏการณ์ทางกลควอนตัม - ความเป็นตัวนำยิ่งยวด

ตัวนำยิ่งยวดคืออะไร? ตัวนำยิ่งยวดเป็นปรากฏการณ์ควอนตัมของการไหลของกระแสไฟฟ้าในตัวของแข็งโดยไม่มีการสูญเสียนั่นคือโดยมีความต้านทานไฟฟ้าของร่างกายเป็นศูนย์อย่างเคร่งครัด

ด้วยการนำแนวคิดเรื่อง "ศูนย์สัมบูรณ์" มาสู่ฟิสิกส์ นักวิทยาศาสตร์เริ่มศึกษาคุณสมบัติของสารที่อุณหภูมิต่ำมากขึ้น เมื่อไม่มีการเคลื่อนที่ของโมเลกุลในทางปฏิบัติ เพื่อให้ได้อุณหภูมิต่ำ จำเป็นต้องมีกระบวนการที่เรียกว่า "การทำให้ก๊าซเหลว" เมื่อระเหย ก๊าซดังกล่าวจะดึงพลังงานจากร่างกายที่แช่อยู่ในก๊าซนี้ เนื่องจากจำเป็นต้องใช้พลังงานเพื่อแยกโมเลกุลออกจากของเหลว กระบวนการที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นในตู้เย็นในครัวเรือน โดยก๊าซฟรีออนเหลวจะระเหยไปในช่องแช่แข็ง

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 และต้นศตวรรษที่ 20 ก๊าซเหลว เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน และไฮโดรเจน ได้เกิดขึ้นแล้ว เป็นเวลานานแล้วที่ฮีเลียมไม่สามารถทำให้เป็นของเหลวได้ แต่คาดว่าจะช่วยให้มีอุณหภูมิต่ำสุดได้

ความสำเร็จในการทำให้ฮีเลียมกลายเป็นของเหลวเกิดขึ้นได้โดยนักฟิสิกส์ชาวดัตช์ Heike Kamerlingh-Onnes ในปี 1908 ซึ่งทำงานที่มหาวิทยาลัยไลเดน (เนเธอร์แลนด์) ฮีเลียมเหลวทำให้สามารถมีอุณหภูมิต่ำเป็นประวัติการณ์ - ประมาณ 4 เค หลังจากได้รับฮีเลียมเหลว นักวิทยาศาสตร์จึงเริ่มศึกษาคุณสมบัติของวัสดุต่างๆ ที่อุณหภูมิฮีเลียม

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบ

คำถามหนึ่งที่ Kamerlingh Onnes สนใจคือการศึกษาความต้านทานของโลหะที่อุณหภูมิต่ำมาก เป็นที่ทราบกันดีว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความต้านทานไฟฟ้าก็เพิ่มขึ้นด้วย ดังนั้นเราจึงสามารถคาดหวังได้ว่าผลตรงกันข้ามจะเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง

นักวิทยาศาสตร์ทดลองกับปรอทในปี พ.ศ. 2454 นำไปแช่แข็งและลดอุณหภูมิลงอย่างต่อเนื่อง เมื่อถึง 4.2 K อุปกรณ์จะหยุดบันทึกความต้านทาน Onnes เปลี่ยนอุปกรณ์ในศูนย์วิจัยเพราะเขากลัวว่าอุปกรณ์จะทำงานผิดปกติ แต่อุปกรณ์แสดงความต้านทานเป็นศูนย์อย่างสม่ำเสมอ แม้ว่าศูนย์สัมบูรณ์ยังอยู่ห่างออกไป 4 K ก็ตาม

หลังจากการค้นพบความเป็นตัวนำยิ่งยวดของปรอท มีคำถามมากมายเกิดขึ้น ในหมู่พวกเขา: “เป็นลักษณะความเป็นตัวนำยิ่งยวดของสารอื่นที่ไม่ใช่ปรอทหรือไม่” หรือ "ความต้านทานลดลงเหลือศูนย์หรือมีน้อยมากจนอุปกรณ์ที่มีอยู่ไม่สามารถวัดได้

Onnes เสนอการศึกษาต้นฉบับที่วัดทางอ้อมว่าความต้านทานลดลงในระดับใด กระแสไฟฟ้าที่ตื่นเต้นในวงจรเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งวัดโดยการเบี่ยงเบนเข็มแม่เหล็กนั้นไม่ได้ดับไปเป็นเวลาหลายปี จากผลการทดลองนี้ ความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำยิ่งยวดที่ได้รับจากการคำนวณคือ 10−25 โอห์ม.ม. เมื่อเปรียบเทียบกับความต้านทานไฟฟ้าของทองแดง (1.5۰10−8 Ohm.m) ค่านี้จะน้อยกว่า 7 ลำดับความสำคัญซึ่งทำให้มีค่าเป็นศูนย์

ไมสเนอร์เอฟเฟ็กต์

นอกเหนือจากความเป็นตัวนำยิ่งยวดแล้ว ตัวนำยิ่งยวดยังมีคุณลักษณะพิเศษอีกประการหนึ่ง กล่าวคือ ปรากฏการณ์ Meissner นี่คือปรากฏการณ์การสลายตัวอย่างรวดเร็วของสนามแม่เหล็กในตัวนำยิ่งยวด ตัวนำยิ่งยวดนั้นเป็นแม่เหล็กนั่นคือในสนามแม่เหล็กกระแสมหภาคจะถูกเหนี่ยวนำให้เกิดในตัวนำยิ่งยวดซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กของตัวเองซึ่งจะชดเชยสนามแม่เหล็กภายนอกอย่างสมบูรณ์

เอฟเฟกต์ Meissner จะหายไปในสนามแม่เหล็กแรงสูง ขึ้นอยู่กับประเภทของตัวนำยิ่งยวด (เพิ่มเติมในภายหลัง) สถานะของตัวนำยิ่งยวดจะหายไปอย่างสมบูรณ์ (ตัวนำยิ่งยวดประเภทที่ 1) หรือตัวนำยิ่งยวดจะถูกแบ่งออกเป็นบริเวณปกติและตัวนำยิ่งยวด (ประเภท II) ผลกระทบนี้สามารถอธิบายการลอยของตัวนำยิ่งยวดเหนือแม่เหล็กแรงสูง หรือแม่เหล็กเหนือตัวนำยิ่งยวดได้

คำอธิบายทางทฤษฎีของผลกระทบต่อความเป็นตัวนำยิ่งยวด

วิธีการทางปรากฏการณ์วิทยา แม้ว่า Kamerlingh Onnes จะเป็นผู้ค้นพบความเป็นตัวนำยิ่งยวด แต่ทฤษฎีแรกของความเป็นตัวนำยิ่งยวดถูกเสนอครั้งแรกในปี 1935 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันและพี่น้อง Fritz และ Heinz London นักวิทยาศาสตร์พยายามที่จะบันทึกคุณสมบัติทางคณิตศาสตร์ของตัวนำยิ่งยวดเช่นความเป็นตัวนำยิ่งยวดและผลกระทบของ Meissner โดยไม่ต้องเจาะลึกถึงสาเหตุของการเป็นตัวนำยิ่งยวดด้วยกล้องจุลทรรศน์ในเชิงปรากฏการณ์วิทยา สมการที่ได้รับทำให้สามารถอธิบายผลกระทบของ Meissner ในลักษณะที่สนามแม่เหล็กภายนอกสามารถเจาะเข้าไปในตัวนำยิ่งยวดได้ในระดับความลึกที่แน่นอนเท่านั้น ขึ้นอยู่กับความลึกของการเจาะลอนดอนที่เรียกว่าความลึก เพื่ออธิบายความเป็นตัวนำยิ่งยวด จำเป็นต้องถือว่าพาหะปัจจุบันในตัวนำยิ่งยวดเช่นเดียวกับในโลหะคืออิเล็กตรอน ในขณะเดียวกัน ความต้านทานเป็นศูนย์หมายความว่าอิเล็กตรอนจะไม่เกิดการชนกันระหว่างการเคลื่อนที่ เนื่องจากสิ่งนี้ใช้กับอิเล็กตรอนการนำไฟฟ้าทั้งหมด จึงมีกระแสอิเล็กตรอนที่ไม่มีความต้านทาน

เห็นได้ชัดว่าทฤษฎีนี้ไม่ได้อธิบายธรรมชาติของปรากฏการณ์นี้ แต่เพียงอธิบายและช่วยให้เราทำนายพฤติกรรมของมันได้ในหลายกรณี. ทฤษฎีเชิงปรากฏการณ์ที่ลึกกว่านั้นถูกเสนอในปี 1950 โดยนักฟิสิกส์ทฤษฎีโซเวียต Lev Landau และ Vitaly Gnizburg

ทฤษฎีบีซีเอส คำอธิบายเชิงคุณภาพครั้งแรกของปรากฏการณ์ตัวนำยิ่งยวดถูกเสนอภายใต้กรอบของทฤษฎี BCS ที่เรียกว่า ซึ่งสร้างขึ้นโดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน John Bardeen, Leon Cooper และ John Schrieffer ทฤษฎีนี้มาจากสมมติฐานที่ว่าแรงดึงดูดสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างอิเล็กตรอนภายใต้เงื่อนไขบางประการ แรงดึงดูดซึ่งเกิดจากการกระตุ้นต่างๆ โดยหลักแล้วเกิดจากการสั่นของโครงตาข่ายคริสตัล สามารถสร้าง "คูเปอร์คู่" - สถานะที่ผูกมัดของอิเล็กตรอนสองตัวในคริสตัลได้ คู่ดังกล่าวสามารถเคลื่อนที่ในคริสตัลได้โดยไม่กระจัดกระจายไม่ว่าจะด้วยการสั่นสะเทือนของโครงตาข่ายคริสตัลหรือจากสิ่งเจือปน ในสารที่มีอุณหภูมิห่างจากศูนย์ จะมีพลังงานเพียงพอที่จะ "แตก" อิเล็กตรอนคู่ดังกล่าว ในขณะที่อุณหภูมิต่ำ ระบบจะไม่มีพลังงานเพียงพอ เป็นผลให้การไหลของอิเล็กตรอนที่ถูกผูกไว้ - คู่คูเปอร์ - ปรากฏขึ้นซึ่งในทางปฏิบัติแล้วไม่มีปฏิกิริยากับสาร ในปี 1972 D. Bardeen, L. Cooper และ D. Schrieffer ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์

ต่อมา นักฟิสิกส์ทฤษฎีโซเวียต นิโคไล โบโกลิโบฟ ได้ปรับปรุงทฤษฎี BCS ในงานของเขา นักวิทยาศาสตร์ได้อธิบายรายละเอียดเงื่อนไขที่คู่คูเปอร์สามารถเกิดขึ้นได้ (พลังงานใกล้กับพลังงานแฟร์มี การหมุนรอบตัว ฯลฯ) อันเป็นผลมาจากผลกระทบควอนตัม อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่มีการหมุนเป็นครึ่งจำนวนเต็ม (เฟอร์มิออน) ซึ่งไม่สามารถก่อตัวและเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวยิ่งยวดได้ เมื่อมีอิเล็กตรอนคูเปอร์คู่หนึ่ง มันจะแทนควอซิพาร์ติคัลที่มีการหมุนจำนวนเต็ม และเป็น ภายใต้เงื่อนไขบางประการ โบซอนสามารถสร้างคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์ได้ ซึ่งก็คือสารที่อนุภาคอยู่ในสถานะเดียวกัน ซึ่งนำไปสู่การเกิดภาวะไหลยิ่งยวด ความเป็นของเหลวยิ่งยวดของอิเล็กตรอนนี้อธิบายผลของความเป็นตัวนำยิ่งยวด

ตัวนำยิ่งยวดในสนามไฟฟ้ากระแสสลับ

นอกจากความเป็นตัวนำยิ่งยวดและเอฟเฟกต์ Meissner แล้ว ตัวนำยิ่งยวดยังมีคุณสมบัติอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง เป็นที่น่าสังเกตว่าสิ่งต่อไปนี้ - ความต้านทานของตัวนำยิ่งยวดเป็นศูนย์มีลักษณะเฉพาะที่กระแสคงที่เท่านั้น สนามไฟฟ้ากระแสสลับทำให้ความต้านทานของตัวนำยิ่งยวดไม่เป็นศูนย์ และจะเพิ่มขึ้นตามความถี่สนามที่เพิ่มขึ้น

เช่นเดียวกับแบบจำลองของไหลสองตัวแบ่งวัสดุซุปเปอร์ฟลูอิดออกเป็นบริเวณของของเหลวยิ่งยวดและบริเวณของสสารธรรมดา การไหลของอิเล็กตรอนก็ถูกแบ่งออกเป็นตัวนำยิ่งยวดและสารสามัญด้วย สนามคงที่จะเร่งอิเล็กตรอนยิ่งยวดให้เป็นค่าอนันต์ (เมื่อพิจารณาจากความต้านทานเป็นศูนย์) ซึ่งเป็นไปไม่ได้ เพราะมันจะกลายเป็นศูนย์เมื่อพวกมันชนกับตัวนำยิ่งยวด เนื่องจากสนามไฟฟ้าคงที่ไม่กระทำการกับตัวนำยิ่งยวด อิเล็กตรอนธรรมดาจึงไม่ได้รับผลกระทบจากมัน (เพียงผลักออก) ซึ่งหมายความว่าการเคลื่อนที่จะแสดงโดยอิเล็กตรอนตัวนำยิ่งยวดเท่านั้น

ในกรณีของสนามไฟฟ้ากระแสสลับ กระบวนการเร่งความเร็วของอิเล็กตรอนจะเกิดขึ้นตามด้วยการชะลอตัว ซึ่งเป็นไปได้ทางกายภาพ ในกรณีนี้ยังมีกระแสของอิเล็กตรอนธรรมดาซึ่งมีคุณสมบัติต้านทาน ยิ่งความถี่ของสนามดังกล่าวสูงเท่าใด ผลกระทบที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอนธรรมดาก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ช่วงเวลาแห่งลอนดอน

คุณสมบัติที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งของตัวนำยิ่งยวดคือโมเมนต์ลอนดอน สาระสำคัญของปรากฏการณ์นี้คือตัวนำยิ่งยวดที่หมุนได้จะสร้างสนามแม่เหล็กที่อยู่ในแนวเดียวกับแกนการหมุนของตัวนำ

การศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้นำไปสู่การค้นพบโมเมนต์แม่เหล็กแรงโน้มถ่วงของลอนดอน ในปี พ.ศ. 2549 นักวิจัย Martin Tajmar จากสถาบันวิจัย ARC Seibersdorf ประเทศออสเตรีย และ Clovis de Matos จาก European Space Agency (ESA) ค้นพบว่าตัวนำยิ่งยวดที่มีความเร่งยังสร้างสนามโน้มถ่วงด้วย อย่างไรก็ตาม สนามโน้มถ่วงดังกล่าวมีกำลังอ่อนกว่าโลกประมาณ 100 ล้านเท่า

การจำแนกประเภทของตัวนำยิ่งยวด

มีการจำแนกประเภทของตัวนำยิ่งยวดหลายประเภทตามเกณฑ์ต่อไปนี้:

1. การตอบสนองต่อสนามแม่เหล็ก คุณสมบัตินี้แบ่งตัวนำยิ่งยวดออกเป็นสองประเภท ตัวนำยิ่งยวดประเภทที่ 1 มีค่าสนามแม่เหล็กวิกฤต ซึ่งเกินกว่าที่พวกมันจะสูญเสียความเป็นตัวนำยิ่งยวด Type II - มีค่าจำกัดสองค่าของสนามแม่เหล็ก เมื่อสนามแม่เหล็กที่จำกัดเฉพาะค่าเหล่านี้ถูกนำไปใช้กับตัวนำยิ่งยวดในหมวดหมู่นี้ สนามแม่เหล็กจะทะลุผ่านได้บางส่วนในขณะที่ยังคงความเป็นตัวนำยิ่งยวดไว้
2. อุณหภูมิวิกฤต มีตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำและอุณหภูมิสูง แบบแรกมีคุณสมบัติเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำกว่า −196 °C หรือ 77 K ตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิสูงต้องมีอุณหภูมิสูงกว่านี้ การแบ่งส่วนนี้เกิดขึ้นเนื่องจากตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงสามารถใช้เป็นตัวทำความเย็นในทางปฏิบัติได้
3. วัสดุ. มีหลายองค์ประกอบ เช่น ธาตุเคมีบริสุทธิ์ (เช่น ปรอทหรือตะกั่ว) โลหะผสม เซรามิก อินทรีย์หรือธาตุเหล็ก
4. คำอธิบายทางทฤษฎี ดังที่ทราบกันดีว่าทฤษฎีทางกายภาพใด ๆ มีขอบเขตการใช้งานที่แน่นอน ด้วยเหตุนี้ สำหรับการนำไปใช้เพิ่มเติม จึงสมเหตุสมผลที่จะแบ่งตัวนำยิ่งยวดออกเป็นทฤษฎีที่สามารถอธิบายธรรมชาติของพวกมันได้

ความเป็นตัวนำยิ่งยวดของกราฟีน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความนิยมของกราฟีนเพิ่มขึ้นอย่างมาก ให้เราระลึกว่ากราฟีนเป็นชั้นของคาร์บอนดัดแปลง ซึ่งมีความหนาหนึ่งอะตอม ประการแรก สิ่งนี้อำนวยความสะดวกได้ด้วยการค้นพบท่อนาโนคาร์บอน ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษซึ่งสร้างขึ้นโดยการพับกราฟีนหนึ่งหรือหลายชั้น

ในปี 2018 กลุ่มนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์และมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด นำโดยศาสตราจารย์ Pablo Jarillo-Herrero ค้นพบว่าเมื่อหมุนในมุมหนึ่ง (“มหัศจรรย์”) กราฟีนสองแผ่นจะปราศจากการนำไฟฟ้าโดยสิ้นเชิง เมื่อนักวิจัยใช้แรงดันไฟฟ้ากับวัสดุโดยการเพิ่มอิเล็กโทรดจำนวนเล็กน้อยลงในโครงสร้างกราฟีนนี้ พวกเขาพบว่าในระดับหนึ่ง อิเล็กตรอนจะหลุดออกจากสถานะฉนวนเดิมและไหลโดยไม่มีความต้านทาน คุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของปรากฏการณ์นี้คือได้ค่าการนำไฟฟ้ายิ่งยวดของโครงสร้างกราฟีนที่ระบุที่อุณหภูมิห้อง และถึงแม้ว่าคำอธิบายสำหรับผลกระทบนี้ยังคงเป็นที่น่าสงสัย แต่ศักยภาพในภาคการจัดหาพลังงานยังค่อนข้างสูง

การประยุกต์ของตัวนำยิ่งยวด

ตัวนำยิ่งยวดยังไม่ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่การพัฒนาในพื้นที่นี้กำลังดำเนินการอย่างแข็งขัน ดังนั้น ด้วยเอฟเฟกต์ Meissner รถไฟลอยด้วยแม่เหล็กที่เรียกว่ารถไฟ maglev จึงเป็นไปได้ที่จะ "ลอย" เหนือถนนได้

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบที่ทรงพลังเป็นพิเศษได้ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ตัวนำยิ่งยวดซึ่งสามารถใช้ในโรงไฟฟ้าได้

ไครโอตรอนเป็นอีกการประยุกต์ใช้ตัวนำยิ่งยวดที่อาจเป็นประโยชน์สำหรับเทคโนโลยีและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ นี่คืออุปกรณ์ที่สามารถเปลี่ยนสถานะของตัวนำยิ่งยวดจากปกติไปเป็นตัวนำยิ่งยวดได้ในเวลาอันสั้นมาก (จาก 10⁻⁶ เป็น 10⁻¹¹s) Cryotron สามารถใช้ในระบบข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการจัดเก็บและการเข้ารหัส จึงเป็นครั้งแรกที่พวกเขาถูกใช้เป็นอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลในคอมพิวเตอร์ ไครโอตรอนยังสามารถช่วยในด้านไครโออิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งมีหน้าที่เพิ่มความไวของเครื่องรับสัญญาณและรักษารูปร่างของสัญญาณให้ดีที่สุด ที่นี่อุณหภูมิต่ำและผลกระทบของตัวนำยิ่งยวดมีส่วนช่วยให้บรรลุเป้าหมาย

นอกจากนี้ เนื่องจากตัวนำยิ่งยวดขาดความต้านทาน สายเคเบิลที่ทำจากสารดังกล่าวจึงสามารถจ่ายไฟฟ้าได้โดยไม่สูญเสียความร้อน ซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพการจ่ายไฟอย่างมาก ปัจจุบัน สายเคเบิลดังกล่าวต้องการการระบายความร้อนด้วยไนโตรเจนเหลว ซึ่งจะทำให้ต้นทุนการดำเนินงานเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม การวิจัยในพื้นที่นี้ยังดำเนินอยู่ และการส่งกำลังโดยใช้ตัวนำยิ่งยวดเป็นครั้งแรกได้ถูกนำไปใช้งานในนิวยอร์กในปี 2551 โดยตัวนำยิ่งยวดของอเมริกา ในปี 2558 เกาหลีใต้ประกาศความตั้งใจที่จะสร้างสายไฟฟ้าตัวนำยิ่งยวดหลายพันกิโลเมตร หากเราเพิ่มการค้นพบล่าสุดของความเป็นตัวนำยิ่งยวดของกราฟีนที่อุณหภูมิห้อง เราควรคาดหวังการเปลี่ยนแปลงทั่วโลกในด้านการจัดหาไฟฟ้าในอนาคตอันใกล้นี้

นอกเหนือจากการใช้งานเหล่านี้แล้ว ยังมีการนำความเป็นตัวนำยิ่งยวดมาใช้ในเทคโนโลยีการวัด ตั้งแต่เครื่องตรวจจับโฟตอนไปจนถึงการวัดการเปลี่ยนแปลงทางภูมิศาสตร์โดยใช้ไจโรสโคปตัวนำยิ่งยวดบนยานอวกาศ Gravity Probe B การวัดนี้ยืนยันคำทำนายของไอน์สไตน์เกี่ยวกับ precession ดังกล่าวด้วยเหตุผลที่ระบุไว้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป โดยไม่ต้องเจาะลึกกลไกการวัด ควรสังเกตว่าข้อมูลเกี่ยวกับการเคลื่อนตัวทางภูมิศาสตร์ของโลกทำให้สามารถปรับเทียบดาวเทียมโลกเทียมได้อย่างแม่นยำ

เมื่อสรุปผลข้างต้น ข้อสรุปได้เสนอแนะเกี่ยวกับแนวโน้มของผลกระทบจากความเป็นตัวนำยิ่งยวดในหลายด้าน และศักยภาพอันยิ่งใหญ่ของตัวนำยิ่งยวด โดยหลักๆ ในสาขาแหล่งจ่ายไฟและวิศวกรรมไฟฟ้า เราคาดว่าจะมีการค้นพบมากมายในพื้นที่นี้ในอนาคตอันใกล้นี้