יישום של מוליכות-על במדע וטכנולוגיה
מוליכות-על נקראת תופעה קוונטית, המורכבת מהעובדה שחלק מהחומרים, כאשר הטמפרטורה שלהם מובאת לערך קריטי מסוים, מתחילים להפגין התנגדות חשמלית אפסית.
כיום, מדענים כבר מכירים כמה מאות יסודות, סגסוגות וקרמיקה המסוגלים להתנהג כך. מוליך שנכנס למצב מוליך-על מתחיל להראות מה שנקרא אפקט מייסנר, כאשר השדה המגנטי מנפחו נעקר לחלוטין החוצה, מה שכמובן סותר את התיאור הקלאסי של ההשפעות הקשורות להולכה רגילה בתנאים של אידיאל היפותטי, כלומר אפס התנגדות.
בתקופה שבין 1986 ל-1993 התגלו מספר מוליכים בטמפרטורה גבוהה, כלומר אלו שעוברים למצב מוליך כבר לא בטמפרטורות נמוכות כמו נקודת הרתיחה של הליום נוזלי (4.2 K), אלא ברתיחה. נקודה של חנקן נוזלי (77 K) - גבוה פי 18, אשר בתנאי מעבדה ניתן להשיג הרבה יותר קל וזול מאשר עם הליום.
עניין מוגבר ביישום מעשי מוליכות על החל בשנות ה-50 כאשר מוליכים מסוג II, עם צפיפות הזרם הגבוהה והאינדוקציה המגנטית שלהם, עלו בבהירות אל האופק. אחר כך הם החלו לקבל יותר ויותר חשיבות מעשית.
חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית אומר לנו שסביב זרם חשמלי יש תמיד שדה מגנטי... ומכיוון שמוליכי-על מוליכים זרם ללא התנגדות, מספיק פשוט לשמור על חומרים כאלה בטמפרטורות הנכונות וכך להשיג חלקים ליצירת אלקטרומגנטים אידיאליים.
לדוגמה, באבחון רפואי, טכנולוגיית הדמיית תהודה מגנטית כרוכה בשימוש באלקטרומגנטים מוליכי-על רבי עוצמה בטומוגרפים. בלעדיהם, הרופאים לא יוכלו להשיג תמונות כל כך מרשימות ברזולוציה גבוהה של הרקמות הפנימיות של גוף האדם מבלי להזדקק לשימוש באזמל.
סגסוגות מוליכות-על כגון ניוביום-טיטניום וניוביום-פח בין-מתכתיות זכו לחשיבות רבה, מהן קל מבחינה טכנית להשיג חוטים מוליכים-על-על דקים יציבים וחוטים תקועים.
מדענים כבר מזמן יצרו מנזלים ומקררים בעלי יכולת קירור גבוהה (ברמת הטמפרטורה של הליום נוזלי), הם אלה שתרמו לפיתוח טכנולוגיית מוליכים-על עוד בברית המועצות. כבר אז, בשנות ה-80, נבנו מערכות אלקטרומגנטיות גדולות.
מתקן הניסוי הראשון בעולם, T-7, הושק, שנועד לחקור את האפשרות ליזום תגובת היתוך, שבה יש צורך בסלילים מוליכים על-על כדי ליצור שדה מגנטי טורואידי.במאיצי חלקיקים גדולים, סלילים מוליכי-על משמשים גם בתאי בועות מימן נוזלי.
גנרטורים של טורבינות מפותחים ונוצרים (בשנות ה-80 של המאה הקודמת נוצרו על בסיס מוליכי-על מחוללי טורבינה חזקים במיוחד KGT-20 ו-KGT-1000), מנועים חשמליים, כבלים, מפרידים מגנטיים, מערכות הובלה וכו'.
מדי זרימה, מדי רמה, ברומטרים, מדי חום - מוליכי-על הם נהדרים עבור כל המכשירים המדויקים הללו. התחומים העיקריים העיקריים של יישום תעשייתי של מוליכים-על נותרו שניים: מערכות מגנטיות ומכונות חשמליות.
מכיוון שמוליך העל אינו עובר את השטף המגנטי, המשמעות היא שתוצר מסוג זה מגן על הקרינה המגנטית. מאפיין זה של מוליכי-על משמש במכשירי מיקרוגל מדויקים, כמו גם כדי להגן מפני גורם מסוכן כל כך של פיצוץ גרעיני כמו קרינה אלקטרומגנטית חזקה.
כתוצאה מכך, מוליכים בטמפרטורה נמוכה נותרים הכרחיים ליצירת מגנטים בציוד מחקר כגון מאיצי חלקיקים וכורי היתוך.
רכבות ריחוף מגנטיות, שנמצאות בשימוש פעיל כיום ביפן, יכולות כעת לנוע במהירות של 600 קמ"ש והוכיחו זה מכבר את היתכנותן ויעילותן.
היעדר התנגדות חשמלית במוליכי-על הופך את תהליך העברת האנרגיה החשמלית לחסכוני יותר. לדוגמה, כבל דק מוליך-על שהונח מתחת לאדמה יוכל באופן עקרוני להעביר כוח שידרוש צרור עבה של חוטים - קו מסורבל - כדי להעביר אותו בדרך המסורתית.
נכון לעכשיו, רק נושאי העלות והתחזוקה הקשורים בצורך לשאוב חנקן באופן רציף דרך המערכת נותרו רלוונטיות. עם זאת, בשנת 2008 השיקה American Superconductor בהצלחה את קו ההולכה המוליך המסחרי הראשון בניו יורק.
בנוסף, קיימת טכנולוגיית סוללות תעשייתיות המאפשרת כיום לצבור ולאגור (לצבור) אנרגיה בצורה של זרם מחזורי מתמשך.
על ידי שילוב מוליכים עם מוליכים למחצה, מדענים יוצרים מחשבים קוונטיים מהירים במיוחד שמציגים לעולם דור חדש של טכנולוגיית מחשוב.
תופעת התלות של טמפרטורת המעבר של חומר במצב מוליך על בגודל השדה המגנטי היא הבסיס של נגדים מבוקרים - קריוטרונים.
כרגע, כמובן, אפשר לדבר על התקדמות משמעותית מבחינת התקדמות לקראת השגת מוליכים בטמפרטורה גבוהה.
לדוגמה, הרכב המתכת-קרמי YBa2Cu3Ox נכנס למצב מוליך-על בטמפרטורה מעל לטמפרטורת ההנזלה של חנקן!
עם זאת, רוב הפתרונות הללו נובעים מהעובדה שהדגימות המתקבלות הן שבירות ולא יציבות; לכן, סגסוגות הניוביום הנ"ל עדיין רלוונטיות בטכנולוגיה.
מוליכים על מאפשרים ליצור גלאי פוטון. חלקם משתמשים בהשתקפות אנדרייב, אחרים משתמשים באפקט ג'וזףסון, עובדת נוכחותו של זרם ביקורתי וכו'.
נבנו גלאים המתעדים פוטונים בודדים מתחום האינפרא אדום, המציגים מספר יתרונות על פני גלאים המבוססים על עקרונות הקלטה אחרים, כמו מכפילים פוטואלקטריים וכו'.
ניתן ליצור תאי זיכרון על בסיס מערבולות במוליכי-על. כמה סוליטונים מגנטיים כבר נמצאים בשימוש בצורה דומה. סוליטונים מגנטיים דו-מימדיים ותלת-ממדיים דומים למערבולות בנוזל, כאשר את תפקידם של קווי התייעלות ממלאים קווי יישור תחום.
דיונונים הם מכשירי מוליכי-על מבוססי טבעת מיניאטוריים הפועלים על בסיס הקשר בין שינויים בשטף המגנטי למתח חשמלי. מיקרו-מכשירים כאלה פועלים במגנטומטרים רגישים ביותר המסוגלים למדוד את השדה המגנטי של כדור הארץ, כמו גם בציוד רפואי להשגת מגנטוגרמות של איברים סרוקים.