مزايا وعيوب الموصلات الفائقة

معظم المواد التي يستخدمها الناس هي عوازل ، مثل البلاستيك ، أو الموصلات ، مثل وعاء الألمنيوم أو الكابل النحاسي. تظهر العوازل مقاومة عالية جدًا للكهرباء. الموصلات مثل النحاس تظهر بعض المقاومة. فئة أخرى من المواد لا تظهر أي مقاومة على الإطلاق عند تبريدها إلى درجات حرارة منخفضة جدًا ، وهي أبرد من أبرد ديب فريزر. تم اكتشافها في عام 1911 ، والتي تسمى الموصلات الفائقة. اليوم ، يقومون بإحداث ثورة في الشبكة الكهربائية وتكنولوجيا الهاتف الخلوي والتشخيص الطبي. يعمل العلماء على جعلهم يؤدون في درجة حرارة الغرفة.

تعد شبكة الطاقة الكهربائية من أعظم الإنجازات الهندسية في القرن العشرين. الطلب ، مع ذلك ، على وشك أن يطغى عليه. على سبيل المثال ، أدى انقطاع التيار الكهربائي في أمريكا الشمالية عام 2003 ، والذي استمر حوالي أربعة أيام ، إلى تضرر أكثر من 50 مليون شخص وتسبب في خسائر اقتصادية تقدر بنحو 6 مليارات دولار. توفر تقنية الموصل الفائق أسلاكًا وكابلات أقل خسارة وتحسن موثوقية وكفاءة شبكة الطاقة. الخطط جارية لاستبدال شبكة الطاقة الحالية بشبكة طاقة فائقة التوصيل بحلول عام 2030. يحتل نظام الطاقة فائقة التوصيل مساحة أقل من العقارات ويتم دفنه في الأرض ، وهو مختلف تمامًا عن خطوط الشبكة الحالية.

تعد تقنية الاتصالات واسعة النطاق ، التي تعمل بشكل أفضل بترددات جيجاهيرتز ، مفيدة جدًا لتحسين كفاءة وموثوقية الهواتف المحمولة. من الصعب جدًا تحقيق مثل هذه الترددات باستخدام الدوائر القائمة على أشباه الموصلات. ومع ذلك ، فقد تم تحقيقها بسهولة عن طريق مستقبل Hypres القائم على الموصل الفائق ، باستخدام تقنية تسمى كم التدفق الفردي السريع ، أو RSFQ ، مستقبل الدائرة المتكاملة. تعمل بمساعدة مبرد تبريد 4 كلفن. تظهر هذه التكنولوجيا في العديد من أبراج أجهزة استقبال الهواتف المحمولة.

يعد التشخيص الطبي أحد التطبيقات واسعة النطاق للموصلية الفائقة. يستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي ، أو MRI ، مغناطيسات قوية فائقة التوصيل لإنتاج مجالات مغناطيسية كبيرة وموحدة داخل جسم المريض. تلتقط ماسحات التصوير بالرنين المغناطيسي ، التي تحتوي على نظام تبريد بالهيليوم السائل ، كيفية انعكاس هذه المجالات المغناطيسية بواسطة أعضاء الجسم. ينتج الجهاز صورة في النهاية. تتفوق أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي على تقنية الأشعة السينية في إنتاج التشخيص. مُنح بول ليوتربر والسير بيتر مانسفيلد جائزة نوبل لعام 2003 في علم وظائف الأعضاء أو الطب ، "لاكتشافاتهم فيما يتعلق بالتصوير بالرنين المغناطيسي ، "الكامن وراء أهمية التصوير بالرنين المغناطيسي ، ومن خلال الموصلات الفائقة ضمنيًا ، دواء.

المواد فائقة التوصيل فائقة التوصيل فقط عندما تظل أقل من درجة حرارة معينة تسمى درجة حرارة الانتقال. بالنسبة للموصلات الفائقة العملية المعروفة حاليًا ، تكون درجة الحرارة أقل بكثير من 77 كلفن ، وهي درجة حرارة النيتروجين السائل. يتطلب إبقائها أقل من درجة الحرارة هذه الكثير من تقنيات التبريد المكلفة. وبالتالي ، لا تزال الموصلات الفائقة لا تظهر في معظم الإلكترونيات اليومية. يعمل العلماء على تصميم موصلات فائقة يمكن أن تعمل في درجة حرارة الغرفة.