ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงคืออะไร?

ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง (HTS) เป็นวัสดุที่แสดงคุณสมบัติตัวนำยิ่งยวดเหนืออุณหภูมิสถานะของเหลวของฮีเลียม ช่วงอุณหภูมินี้ประมาณ -452 °ถึง -454 °ฟาเรนไฮต์ (-269 °ถึง -270 °เซลเซียส) เชื่อว่าเป็นข้อ จำกัด ทางทฤษฎีสำหรับความเป็นตัวนำยิ่งยวด อย่างไรก็ตามในปี 1986 Karl Muller และ Johannes Bednorz นักวิจัยชาวสหรัฐอเมริกาค้นพบกลุ่มของสารประกอบตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงที่ใช้ทองแดง cuprates เหล่านี้เช่น yttrium แบเรียมคอปเปอร์ออกไซด์, YBCO 7 , การแปรผันของแลนทานัมสตรอนเซียมคอปเปอร์ออกไซด์, LSCO, และปรอทคอปเปอร์ออกไซด์, HgCuO, มีค่าการนำความร้อนสูงถึง -256 °ฟาเรนไฮต์ (-160 °เซลเซียส)

การค้นพบโดย Muller และ Bednorz นำไปสู่การมอบรางวัลโนเบลในสาขาฟิสิกส์ในปี 2530 ให้กับนักวิจัยทั้งคู่ แต่สนามก็ยังคงพัฒนาต่อไป การศึกษาอย่างต่อเนื่องในปี 2551 ได้ผลิตสารประกอบใหม่ที่มีความเป็นตัวนำยิ่งยวดขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของธาตุเหล็กและสารหนูเช่น LaOFeAs แลนทานัมออกไซด์ มันถูกแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกในฐานะตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงโดย Hideo Hosono นักวิจัยวัสดุศาสตร์ในญี่ปุ่นในช่วงอุณหภูมิ -366 °ฟาเรนไฮต์ (-221 องศาเซลเซียส) องค์ประกอบที่หายากอื่น ๆ ที่ผสมกับเหล็กเช่นซีเรียมซามาเรียมและนีโอดิเมียมสร้างสารประกอบใหม่ที่ยังแสดงคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม บันทึกของปี 2009 สำหรับตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงนั้นประสบความสำเร็จด้วยสารประกอบที่ทำจากแทลเลียม, ปรอท, ทองแดง, แบเรียม, แคลเซียม, สตรอนเทียมและออกซิเจนรวมกันซึ่งแสดงให้เห็นถึงตัวนำยิ่งยวดที่ -211 °ฟาเรนไฮต์

ความสำคัญของสาขาการวิจัยตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงในปี 2554 นั้นเป็นงานวิศวกรรมวัสดุศาสตร์ของสารประกอบที่ดีกว่า เมื่ออุณหภูมิสูงถึง -211 °ฟาเรนไฮต์ (-135 °เซลเซียส) สำหรับวัสดุตัวนำยิ่งยวดสิ่งนี้จะช่วยให้ตรวจสอบคุณภาพของพวกมันต่อหน้าไนโตรเจนเหลว เนื่องจากไนโตรเจนเหลวเป็นองค์ประกอบทั่วไปและมีความเสถียรของสภาพแวดล้อมในห้องปฏิบัติการหลายแห่งและมีอุณหภูมิ -320 °ฟาเรนไฮต์ (-196 °เซลเซียส) จึงทำการทดสอบวัสดุใหม่ที่ใช้งานได้จริงและแพร่หลายมากขึ้น

ประโยชน์ของเทคโนโลยีตัวนำยิ่งยวดในสังคมทั่วไปยังคงต้องการวัสดุที่สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิห้อง เนื่องจากตัวนำยิ่งยวดไม่สามารถต้านทานกระแสไฟฟ้าได้อย่างแท้จริงกระแสไฟฟ้าสามารถผ่านลวดตัวนำยิ่งยวดได้เกือบจะไม่มีกำหนด สิ่งนี้จะช่วยลดอัตราการใช้พลังงานสำหรับความต้องการใช้ไฟฟ้าทั้งหมดรวมถึงทำให้อุปกรณ์ดังกล่าวเร็วเป็นพิเศษเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์มาตรฐาน แม่เหล็กที่ทรงพลังจะสามารถใช้งานได้กับรถไฟแม่เหล็กแบบลอยตัว, การใช้งานทางการแพทย์และการผลิตพลังงานฟิวชั่น เทคโนโลยีตัวนำยิ่งยวดเช่นนั้นอาจรวมถึงการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่อาจประมวลผลข้อมูลได้เร็วกว่าที่มีอยู่ในปี 2554 กว่าร้อยล้านเท่า