अतिचालकता: Difference between revisions

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एक उच्च तापमान वाले अतिचालक के ऊपर उड़ने वाला चुंबक , तरल नाइट्रोजन से ठंडा होता है। अतिचालक की सतह पर लगातार विद्युत प्रवाह प्रवाहित होता है, जो चुंबक के चुंबकीय क्षेत्र (फैराडे के प्रेरण के नियम) को बाहर करने का कार्य करता है। यह करंट प्रभावी रूप से एक इलेक्ट्रोचुम्बक बनाता है जो चुंबक को पीछे हटाता है।

File:Meissner effect.ogv

एनडीएफईबी चुंबक धातु के साथ उच्च तापमान वाले अतिचालक काली गोली में मीस्नर प्रभाव का वीडियो

File:Stickstoff gekühlter Supraleiter schwebt über Dauermagneten 2009-06-21.jpg

एक चुंबक के ऊपर उभारने वाला एक उच्च तापमान वाला अतिचालक

अतिचालकता सामग्रियों में पाए गए भौतिक गुणों का एक समूह होता है, जहां विद्युत प्रतिरोध और चालकता लुप्त हो जाती है और चुंबकीय प्रवाह क्षेत्रों को सामग्री से निष्कासित कर दिया जाता है। इन गुणों को प्रदर्शित करने वाली कोई भी सामग्री अतिचालक होता है। जहाँ साधारण धातु कंडक्टर के विपरीत प्रतिरोध धीरे-धीरे कम हो जाता है। क्योंकि इसका तापमान पूर्ण शून्य के निकट तक भी कम हो जाता है, अतिचालक का एक विशिष्ट क्रांतिक तापमान होता है जिसके नीचे प्रतिरोध अचानक शून्य हो जाता है।^[1] ^[2] अतिचालक तार के एक लूप के माध्यम से विद्युत प्रवाह बिना किसी शक्ति स्रोत के अनिश्चित काल तक बना रह सकता है।^[3]^[4]^[5]^[6] अतिचालक तार घटना की खोज 1911 में डच भौतिक विज्ञानी हेइक कामेरलिंग ओन्नेस ने की थी। लौह चुम्बकत्व और परमाणु वर्णक्रमीय रेखाओं की तरह अतिचालकता एक ऐसी घटना है, जिसे केवल क्वांटम यांत्रिकी द्वारा समझाया जा सकता है। यह मीस्नर प्रभाव की विशेषता है, कि अतिचालक के आंतरिक भाग से चुंबकीय क्षेत्र की पूर्ण अस्वीकृति,अतिचालक अवस्था में इसके संक्रमण के दौरान मीस्नर प्रभाव की घटना प्रकाशित करती है कि अतिचालकता को केवल शास्त्रीय भौतिकी में आदर्श संवाहक के विज्ञान दर्शन के रूप में नहीं समझा जा सकता है।

1986 में यह पता चला कि कुछ कप्रेट - संरचना चीनी मिट्टी के सामग्री का तापमान 90 K (−183 °C).^[7] से ऊपर होता है। पारंपरिक अतिचालक के लिए इतना उच्च संक्रमण तापमान सैद्धांतिक रूप से असंभव होता है, जिससे सामग्री को उच्च तापमान वाले अतिचालक कहा जा सकता है। सस्ते में उपलब्ध शीतल तरल नाइट्रोजन 77 K पर उबलता है, और इस प्रकार उच्च तापमान पर अतिचालकता का अस्तित्व कई प्रयोगों और अनुप्रयोगों को सुविधाजनक बनाता है जो कम तापमान पर कम व्यावहारिक होते हैं।

वर्गीकरण

विभिन्न मापदंडो के द्वारा अतिचालको का वर्गीकृत किया जाता है। जिनमे से कुछ सामान्य रूप से निम्न हैं।

चुंबकीय क्षेत्र की प्रतिक्रिया

प्रथम प्रकार के अतिचालक जिसका अर्थ यह हो सकता है, कि एक क्रांतिक क्षेत्र जिसके ऊपर सभी अतिचालकता लुप्त हो जाती है और जिसके निचले चुंबकीय क्षेत्र अतिचालक से पूरी तरह निष्कासित हो जाता है। द्वितीय प्रकार के अतिचालक जिसका अर्थ यह है, कि इसके दो महत्वपूर्ण क्षेत्र होते हैं, जिनके बीच यह पृथक बिंदुओं के माध्यम से चुंबकीय क्षेत्र के आंशिक प्रवेश की अनुमति देता है।^[8] इन बिंदुओं को क्वांटम चक्राकार कहा जाताहै।^[9] इसके अतिरिक्त बहुघटक अतिचालक में दो व्यवहारों का संयोजन होना संभव है। उस स्थिति में अतिचालक का प्रकार-1.5 का होता है।^[10]

संचालन के सिद्धांत द्वारा

यह पारंपरिक अतिचालक होता है, इसको बीसीएस सिद्धांत या इसके व्युत्पन्न अपरंपरागत अतिचालक द्वारा समझाया जा सकता है, अन्यथा^[11] वैकल्पिक रूप से अतिचालक को अपरंपरागत भी कहा जाता है यह अतिचालक कोटि प्राचल प्रणाली के बिंदु समूह या अंतरिक्ष समूह को गैर-तुच्छ अपरिवर्तनीय प्रतिनिधित्व के अनुसार बदलता है।

क्रांतिक तापमान द्वारा

अतिचालक को सामान्य रूप से उच्च तापमान माना जाता है यदि यह 30 K (−243.15 °C) के तापमान से ऊपर एक अतिचालक अवस्था तक पहुँच जाता है। ^[12] जैसा कि जॉर्ज बेडनोर्ज़ और के. एलेक्स मुलर द्वारा प्रारंभिक खोज में प्रदर्शित किया गया था।^[7] कि यह उन सामग्रियों को भी संदर्भित कर सकता है जो तरल नाइट्रोजन का उपयोग करके ठंडा होने पर अतिचालकता में संक्रमण करते हैं - अर्थात केवल Tc > 77 K पर अर्थात, यह सामान्य रूप से केवल इस बात पर महत्व देने के लिए उपयोग किया जाता है कि तरल नाइट्रोजन शीतलक पर्याप्त है। कम तापमान वाले अतिचालक 30 K से नीचे के महत्वपूर्ण तापमान वाले पदार्थों को संदर्भित करते हैं, और मुख्य रूप से तरल हीलियम (Tc> 4.2 K) द्वारा ठंडा किए जाते हैं। इस नियम का एक अपवाद अतिचालक का आयरन पेनिकटाइड समूह है जो उच्च तापमान वाले अतिचालक के विशिष्ट व्यवहार और गुणों को प्रदर्शित करता है, फिर भी कुछ समूह का क्रांतिक तापमान 30 K से कम ही रह जाता है।

सामग्री द्वारा

शीर्ष: अतिचालक तात्विक ठोसों की आवर्त सारणी और उनका प्रायोगिक क्रांतिक तापमान (T)। निचला: अतिचालक बाइनरी हाइड्राइड्स की आवर्त सारणी (0–300 GPa)। सैद्धांतिक भविष्यवाणियों को नीले रंग में और प्रयोगात्मक परिणामों को लाल रंग में दर्शाया गया है।^[13]

अतिचालक सामग्री वर्गों में रासायनिक तत्व जैसे- पारा या सीसा, मिश्र धातु जैसे- नाइओबियम-टाइटेनियम, जर्मेनियम-नाइओबियम और नाइओबियम नाइट्राइड , सिरेमिक YBCO और मैग्नीशियम लीक , आयरन-आधारित अतिचालक जैसे- फ्लोरीन-डॉप्ड आदि सम्मिलित हैं। LaOFeAs या कार्बननिक अतिचालक फुलरीन और कार्बन नैनोट्यूब अर्थात लगभग इन उदाहरणों को रासायनिक तत्वों में सम्मिलित किया जाना चाहिए, क्योंकि वे पूरी तरह से कार्बन से बने होते हैं।^[14]^[15]

अतिचालकों के प्राथमिक गुण

अतिचालक के कई भौतिक गुण सामग्री से सामग्री में भिन्न होते हैं, जैसे कि महत्वपूर्ण तापमान, अतिचालक गैप का मूल्य, महत्वपूर्ण चुंबकीय क्षेत्र और महत्वपूर्ण वर्तमान घनत्व जिस पर अतिचालकता नष्ट हो जाती है। दूसरी ओर गुणों का एक वर्ग होता है जो अंतर्निहित सामग्री से स्वतंत्र है। मेस्नर प्रभाव, चुंबकीय प्रवाह क्वांटम या स्थायी धाराओं का परिमाणीकरण यानी शून्य प्रतिरोध की स्थिति सबसे महत्वपूर्ण उदाहरण हैं। इन सार्वभौमिक गुणों का अस्तित्व अतिचालक की टूटी हुई समरूपता की प्रकृति और विकर्ण अवयव की लंबी दूरी के क्रम के उदगमन में निहित है। अतिचालकता एक थर्मोडायनामिक चरण है जो इस प्रकार इसमें कुछ विशिष्ट गुण होते हैं जो सूक्ष्म विवरण से काफी हद तक स्वतंत्र होते हैं।

विकर्ण अवयव की लंबी दूरी का क्रम कूपर जोड़े के गठन से निकटता से जुड़ा हुआ है। वी.एफ. का एक लेख वीसकोप्फ़ कूपर जोड़े के गठन के लिए, जोड़े के बंधन के कारण आकर्षक बल की उत्पत्ति के लिए, सीमित ऊर्जा अंतराल के लिए, और स्थायी धाराओं के अस्तित्व के लिए सरल भौतिक स्पष्टीकरण प्रस्तुत करता है।।^[16]

शून्य विद्युत डीसी प्रतिरोध

File:CERN-cables-p1030764.jpg

सर्न में त्वरक के लिए विद्युत केबल। दोनों बड़े और पतले केबल 12,500 एम्पीयर के लिए रेट किए गए हैं। शीर्ष: एलईपी के लिए नियमित केबल; नीचे: लार्ज हैड्रान कोलाइडर के लिए अतिचालक-आधारित केबल

File:Cross section of preform superconductor cable.jpg

टेक्सास अतिचालक सुपर कोलाइडर (एसएससी) से एक पूर्वनिर्मित अतिचालक रॉड का क्रॉस सेक्शन।

कुछ सामग्री के नमूनो के विद्युत प्रतिरोध को मापने का सबसे सरल तरीका यह होता है कि इसे विद्युत परिपथ में वर्तमान स्रोत के साथ श्रृंखला में रखा जाए और परिणामी वोल्टेज वी को पूरे नमूने में मापें। नमूने का प्रतिरोध ओम के नियम द्वारा R = V / I के रूप में दिया जाता है। यदि वोल्टेज शून्य है, तो इसका मतलब है कि प्रतिरोध भी शून्य होता है।

अतिचालक बिना किसी लगाए गए वोल्टेज के भी करंट बनाए रखने में सक्षम होते हैं, जो कि अतिचालक इलेक्ट्रोचुम्बक्स जैसे कि एमआरआई मशीनों में पाए जाने वाले गुणों में शोषित होता है। तथा प्रयोगों से पता चलता है कि अतिचालक कॉइल्स में धाराएं बिना किसी मापनीय गिरावट के वर्षों तक बनी रह सकती हैं। प्रायोगिक साक्ष्य कम से कम 100,000 वर्षों के वर्तमान जीवनकाल की ओर संकेत करते हैं। तार ज्यामिति और तापमान के आधार पर एक सतत धारा के जीवनकाल के लिए सैद्धांतिक अनुमान ब्रह्मांड के अनुमानित जीवनकाल से अधिक हो सकते हैं।^[5] व्यवहार में अतिचालक कॉइल में लगाई गई धाराएं अतिचालक में 27 से अधिक वर्षों तक बनी रहती हैं। ऑफ-मेम्बैक/ ग्रेविमीटर।^[17]^[18] ऐसे उपकरणों में माप सिद्धांत 4 ग्राम के द्रव्यमान के साथ एक अतिचालक नाइओबियम क्षेत्र के उत्तोलन की निगरानी पर आधारित होते है।

सामान्य कंडक्टर में विद्युत प्रवाह को भारी आयननिक जाली में घूमते हुए इलेक्ट्रॉनों के तरल पदार्थ के रूप में देखा जा सकता है। इलेक्ट्रॉन लगातार जाली में आयनों से टकरा रहे हैं, और प्रत्येक टक्कर के दौरान करंट द्वारा वहन की गई कुछ ऊर्जा जाली द्वारा अवशोषित की जाती है और गर्मी में परिवर्तित हो जाती है, जो अनिवार्य रूप से जाली आयनों की कंपन गतिज ऊर्जा है। नतीजतन, करंट द्वारा वहन की जाने वाली ऊर्जा लगातार नष्ट हो रही है। यह विद्युत प्रतिरोध और जूल हीटिंग की एक घटना है

अतिचालक में स्थिति अलग होती है। जिसको पारंपरिक अतिचालक में, इलेक्ट्रॉनिक द्रव को अलग-अलग इलेक्ट्रॉनों में हल नहीं किया जा सकता है। इसके बजाय इसमें कूपर जोड़े के रूप में जाने वाले इलेक्ट्रॉनों के बाध्य जोड़े होते हैं। यह युग्मन फोनन के आदान-प्रदान से इलेक्ट्रॉनों के बीच एक आकर्षक बल के कारण होता है। यह जोड़ी बहुत कमजोर है, और छोटे थर्मल कंपन बंधन को भंग कर सकते हैं। क्वांटम यांत्रिकी के कारण, इस कूपर जोड़ी तरल पदार्थ के ऊर्जा स्पेक्ट्रम में एक ऊर्जा अंतर होता है, जिसका अर्थ है कि ऊर्जा की न्यूनतम मात्रा E है जिसे तरल पदार्थ को उत्तेजित करने के लिए आपूर्ति की जानी चाहिए। इसलिए, यदि ΔE, kT द्वारा दी गई जाली की ऊष्मीय ऊर्जा से बड़ा है, जहां k बोल्ट्जमैन का स्थिरांक है और T तापमान है, तो द्रव जाली से नहीं बिखरेगा।^[19] कूपर जोड़ी द्रव इस प्रकार सुपरफ्लुइड होता है, कि यह बिना ऊर्जा अपव्यय के भी बह सकता है।

अतिचालक के एक वर्ग में II-प्रकार के अतिचालक के रूप में जाना जाता है, जिसमें सभी ज्ञात उच्च-तापमान अतिचालक भी सम्मिलित हैं, अत्यधिक कम लेकिन गैर-शून्य प्रतिरोधकता नाममात्र अतिचालक संक्रमण से बहुत नीचे तापमान पर दिखाई देती है जब विद्युत प्रवाह एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र के संयोजन के साथ लागू होता है, जो विद्युत प्रवाह के कारण हो सकता है। यह इलेक्ट्रॉनिक सुपरफ्लुइड में चुंबकीय चक्राकारों की गति के कारण होता है, जो करंट द्वारा वहन की जाने वाली कुछ ऊर्जा को नष्ट कर देता है। यदि करंट पर्याप्त रूप से छोटा है, तो चक्राकार स्थिर होते हैं, और प्रतिरोधकता गायब हो जाती है। इस प्रभाव के कारण प्रतिरोध गैर-अतिचालक सामग्री की तुलना में छोटा है, लेकिन संवेदनशील प्रयोगों में इसे ध्यान में रखा जाना चाहिए। अर्थात, जैसे-जैसे तापमान नाममात्र अतिचालक संक्रमण से काफी कम हो जाता है, ये चक्राकार एक अव्यवस्थित लेकिन स्थिर चरण में जमे हुए हो सकते हैं जिसे चक्राकार कांच के रूप में जाना जाता है। इस चक्राकार कांच संक्रमण तापमान के नीचे, सामग्री का प्रतिरोध वास्तव में शून्य हो जाता है।

चरण संक्रमण

File:Cvandrhovst.png

गर्मी क्षमता का व्यवहार (सी_v, नीला) और प्रतिरोधकता (ρ, हरा) अतिचालक चरण संक्रमण पर

अतिचालक सामग्री में अतिचालकता की विशेषताएं तब दिखाई देती हैं जब तापमान T को एक महत्वपूर्ण तापमान Tc से नीचे कर दिया जाता है। इस महत्वपूर्ण तापमान का मान सामग्री से सामग्री में भिन्न होता है। पारंपरिक अतिचालक में सामान्य रूप से लगभग 20 केल्विन से लेकर 1 K तक का महत्वपूर्ण तापमान होता है। ठोस पारा, उदाहरण के लिए, 4.2 K का एक महत्वपूर्ण तापमान होता है। 2015 तक, पारंपरिक अतिचालक के लिए पाया जाने वाला उच्चतम महत्वपूर्ण तापमान H2S के लिए 203K है, अर्थात लगभग 90 गीगापास्कल के उच्च दबाव की आवश्यकता थी।^[20] कप्रेट अतिचालक में बहुत अधिक महत्वपूर्ण तापमान हो सकते हैं। YBa2Cu3O7, खोजे जाने वाले पहले कप्रेट अतिचालक में से एक का तापमान 90 K से ऊपर है, और पारा-आधारित कप्रेट 130 K से अधिक महत्वपूर्ण तापमान के साथ पाए गए हैं। बुनियादी भौतिक तंत्र उच्च महत्वपूर्ण तापमान के लिए जिम्मेदार अभी तक स्पष्ट नहीं है। वास्तविक रूप से यह स्पष्ट होता है कि दो-इलेक्ट्रॉन युग्मन सम्मिलित है, तथा युग्मन की प्रकृति ( $s$ लहर बनाम $d$ लहर) विवादास्पद बनी हुई है।^[21] इसी तरह महत्वपूर्ण तापमान से नीचे एक निश्चित तापमान पर, अतिचालक सामग्री अतिचालक के लिए बंद हो जाती है जब एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र लागू होता है जो महत्वपूर्ण चुंबकीय क्षेत्र से अधिक होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि अतिचालक चरण की गिब्स मुक्त ऊर्जा चुंबकीय क्षेत्र के साथ द्विघात रूप से बढ़ती है जबकि सामान्य चरण की मुक्त ऊर्जा चुंबकीय क्षेत्र से लगभग स्वतंत्र होती है। यदि सामग्री क्षेत्र की अनुपस्थिति में अतिचालक है, तो अतिचालक चरण मुक्त ऊर्जा सामान्य चरण की तुलना में कम है और इसलिए चुंबकीय क्षेत्र के कुछ सीमित मूल्य के लिए शून्य पर मुक्त ऊर्जा के अंतर के वर्गमूल के अनुपात में चुंबकीय क्षेत्र की दो मुक्त ऊर्जा बराबर होगी। और सामान्य चरण में एक चरण संक्रमण होगा। अधिक सामान्यतः उच्च तापमान और मजबूत चुंबकीय क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों के एक छोटे से अंश की ओर ले जाता है जो अतिचालक होते हैं और परिणामस्वरूप बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों और धाराओं की लंबी लंडन प्रवेश गहराई तक पहुंच जाते हैं। एवं चरण संक्रमण में प्रवेश की गहराई अनंत तक हो जाती है।

अतिचालकता के प्रारम्भ मे विभिन्न भौतिक गुणों में अचानक परिवर्तन के साथ होता है, जो चरण संक्रमण की पहचान है। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉनिक ताप क्षमता सामान्य गैर-अतिचालक शासन में तापमान के समानुपाती होती है। अतिचालक संक्रमण पर यह एक असंतत छलांग का शिकार होता है और उसके बाद रैखिक होना बंद हो जाता है। कम तापमान पर इसका कुछ स्थिरांक α के लिए e−α/T के रूप में बदलता रहता है। तथा घातीय व्यवहार ऊर्जा अंतराल अस्तित्व के साक्ष्य टुकड़ों में से एक है।

अतिचालक चरण संक्रमण का क्रम लंबे समय से विवाद का विषय था। प्रयोगों से संकेत मिलता है कि संक्रमण दूसरे क्रम का है, जिसका अर्थ है कि कोई गुप्त गर्मी नहीं है। परन्तु बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में गुप्त गर्मी होती है, क्योंकि अतिचालक चरण में सामान्य चरण की तुलना में महत्वपूर्ण तापमान से कम एन्ट्रॉपी होती है। यह प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित किया गया है^[22], जिसके परिणामस्वरूप जब चुंबकीय क्षेत्र महत्वपूर्ण क्षेत्र से आगे बढ़ जाता है, तो परिणामी चरण संक्रमण अतिचालक सामग्री के तापमान में कमी की ओर जाता है।

1970 के दशक की गणनाओं ने यह सुझाव दिया है कि विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में लंबी दूरी के उतार-चढ़ाव के प्रभाव के कारण वास्तव में यह कमजोर प्रथम-क्रम हो सकता है। 1980 के दशक में यह सैद्धांतिक रूप से विकार क्षेत्र सिद्धांत की मदद से दिखाया गया था जिसमें अतिचालक की चक्राकार रेखाए एक प्रमुख भूमिका निभाती हैं, संक्रमण द्वितीय प्रकार के अतिचालक शासन के भीतर दूसरे क्रम और पहले क्रम का है अर्थात गुप्त गर्मी प्रथम प्रकार के अतिचालक शासन के भीतर और यह दोनों क्षेत्रों को एक त्रिकोणीय बिंदु से अलग किया जाता है।^[23] परिणाम स्वरूप ये मोंटे कार्लो कंप्यूटर सिमुलेशन द्वारा दृढ़ता से समर्थित थे।^[24]

मीस्नर प्रभाव

जब अतिचालक को कमजोर बाहरी चुंबकीय क्षेत्र H में रखा जाता है, और उसके संक्रमण तापमान से नीचे ठंडा किया जाता है, तो चुंबकीय क्षेत्र बाहर निकल जाता है। मीस्नर प्रभाव क्षेत्र को पूरी तरह से बाहर निकालने का कारण नहीं बनता है, तथा इसके स्थान पर क्षेत्र अतिचालक में प्रवेश करता है, लेकिन केवल एक बहुत छोटी दूरी तक पैरामीटर λ द्वारा विशेषता, जिसे लंडन अतिचालकता कि गहराई कहा जाता है, सामग्री के आयतन भीतर तेजी से शून्य हो जाता है, मीस्नर प्रभाव अतिचालकता की एक परिभाषित विशेषतायह है। कि अधिकांश अतिचालक के लिए लंडन अतिचालकता की गहराई 100 एनएम के क्रम में है।

मेइस्नर प्रभाव कभी-कभी उस प्रकार के प्रतिचुंबकत्व के साथ भ्रमित होता है जिसकी पूर्ण विद्युत कंडक्टर में अपेक्षा की जाती है। लेनज़ के नियम के अनुसार, जब एक कंडक्टर पर बदलते चुंबकीय क्षेत्र को लागू किया जाता है, तो यह कंडक्टर में एक विद्युत प्रवाह को प्रेरित करेगा जो एक विरोधी चुंबकीय बनाता है खेत। एक आदर्श कंडक्टर मे वस्तिविक तरीके से बड़े प्रवाह को प्रेरित किया जा सकता है, और परिणामी चुंबकीय क्षेत्र लागू क्षेत्र को पूरी तरह से रद्द कर देता है।

मीस्नर प्रभाव इससे अलग है - यह स्वाभाविक निष्कासन करता है जो कि अतिचालकता में संक्रमण के दौरान होता है। माना कि हमारे पास अपनी सामान्य अवस्था में एक सामग्री है, जिसमें निरंतर आंतरिक चुंबकीय क्षेत्र है। जब सामग्री को क्रांतिक तापमान से नीचे ठंडा किया जाता है, तो हम आंतरिक चुंबकीय क्षेत्र के अचानक निष्कासन का निरीक्षण करेंगे, जिसकी हम लेनज़ के नियम के आधार पर उम्मीद नहीं करेंगे।

मीस्नर प्रभाव को ब्रदर्स फ़्रिट्ज़ लंडन और हेंज लंडन के द्वारा अभूतपूर्व व्याख्या दी गई, जिन्होंने दिखाया कि एक अतिचालक में विद्युत चुम्बकीय थर्मोडायनामिक मुक्त ऊर्जा कम से कम प्रदान की जाती है।

\nabla ^{2}\mathbf {H} =\lambda ^{-2}\mathbf {H} \,

जहां एच चुंबकीय क्षेत्र है और लंडन प्रवेश गहराई है।

यह समीकरण, जिसे लंडन समीकरण के रूप में जाना जाता है, भविष्यवाणी करता है कि अतिचालक में चुंबकीय क्षेत्र सतह पर मौजूद किसी भी मूल्य से घातीय क्षय होता है।

अतिचालक जिसके अन्दर बहुत कम या कोई चुंबकीय क्षेत्र नहीं होता है, उसे मीस्नर अवस्था में कहा जाता है। जब लगाया गया चुंबकीय क्षेत्र बहुत बड़ा होता है तो मीस्नर अवस्था टूट जाती है। यह ब्रेकडाउन कैसे होता है, इसके अनुसार अतिचालक को दो वर्गों में विभाजित किया जा सकता है। प्रथम प्रकार के अतिचालक में, अतिचालकता अचानक नष्ट हो जाती है जब लगाए गए क्षेत्र का बल एक क्रांतिक मान H से ऊपर उठ जाता है H_c नमूने की ज्यामिति के आधार पर, कोई एक मध्यवर्ती अवस्था प्राप्त कर सकता है^[25] जिसमें सामान्य सामग्री के क्षेत्रों का एक बारोक मिलकर^[26] शामिल होता है जिसमें चुंबकीय क्षेत्र होता है जिसमें अतिचालक सामग्री के क्षेत्रों के साथ मिश्रित क्षेत्र होता है जिसमें कोई क्षेत्र नहीं होता है। II-प्रकार के अतिचालक मे लागू क्षेत्र को एक क्रांतिक बल H_c1 से ऊपर उठाने से मिश्रित स्थिति जिसे चक्राकार अवस्था भी कहा जाता है की ओर जाता है जिसमें चुंबकीय प्रवाह की बढ़ती मात्रा सामग्री में प्रवेश करती है, लेकिन विद्युत प्रवाह के प्रवाह का कोई प्रतिरोध नहीं रहता है जब तक करंट बहुत अधिक न हो। एक दूसरे महत्वपूर्ण क्षेत्र की बल H_c2 पर अतिचालकता नष्ट हो जाती है। मिश्रित अवस्था वास्तव में इलेक्ट्रॉनिक सुपरफ्लुइड में भंवरों के कारण होती है, जिसे कभी-कभी फ्लक्सन कहा जाता है क्योंकि इन भंवरों द्वारा किए गए प्रवाह को परिमाणित किया जाता है। नाइओबियम और कार्बन नैनोट्यूब को छोड़कर अधिकांश शुद्ध मौलिक प्रथम प्रकार के अतिचालक हैं, जबकि लगभग सभी अशुद्ध और मिश्रित II-प्रकार का अतिचालक होता हैं।

लंडन क्षण

इसके विपरीत स्पिनिंग अतिचालक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है, जो स्पिन अक्ष के साथ ठीक संरेखित होता है। प्रभाव, लंडन क्षण गुरुत्वाकर्षण जांच बी में अच्छे उपयोग के लिए रखा गया था। इस प्रयोग ने उनके स्पिन अक्षों को निर्धारित करने के लिए चार अतिचालक जीरोस्कोप के चुंबकीय क्षेत्रों को मापा। यह प्रयोग के लिए महत्वपूर्ण था क्योंकि यह किसी अन्य आकृतिहीन क्षेत्र के स्पिन अक्ष को सटीक रूप से निर्धारित करने के कुछ तरीकों में से एक है

अतिचालकता का इतिहास

अतिचालकता के खोजकर्ता हेइक कामेरलिंग ओन्स (दाएं)। पॉल एरेनफेस्ट , हेंड्रिक लोरेंत्ज़ो , नील्स बोहरो उसके बाईं ओर खड़े हैं।

अतिचालकता की खोज 8 अप्रैल 1911 को हाइक कामेरलिंग ओन्स द्वारा की गई थी, जो वर्तमान ही में निर्मित तरल हीलियम को रेफ्रिजरेंट के रूप में इस्तेमाल करके क्रायोजेनिक तापमान पर ठोस पारा के प्रतिरोध का अध्ययन कर थे।^[27] 4.2 K के तापमान पर उन्होंने देखा कि प्रतिरोध अचानक लुप्त हो गया।^[28] उसी प्रयोग में उन्होंने इसके महत्व को पहचाने बिना हीलियम के 2.2 K पर सुपरफ्लुइड संक्रमण का भी अवलोकन किया। खोज की सटीक तारीख और परिस्थितियों का पुनर्निर्माण केवल एक सदी बाद किया गया, जब ओन्नेस की नोटबुक मिली थी।^[29] बाद के दशकों में कई अन्य सामग्रियों में अतिचालकता देखी गई। 1913 में, 7 K पर सुपरकंडक्ट के लिए लेड पाया गया, और 1941 में 16 K.dc पर नाइओबियम नाइट्राइड अतिचालक पाया गया।

अतिचालकता कैसे और क्यों काम करती है, इसका पता लगाने के लिए बहुत प्रयास किए गए हैं; 1933 में महत्वपूर्ण कदम उठाया गया, जब वाल्थर मीस्नर और रॉबर्ट ओचसेनफेल्ड ने पाया कि अतिचालक ने अनुप्रयुक्त चुंबकीय क्षेत्रों को निष्कासित कर दिया, एक घटना जिसे मीस्नर प्रभाव के रूप में जाना जाता है।^[30] 1935 में फ्रिट्ज और हेंज लंडन ने दिखाया कि मीस्नर प्रभाव अतिचालक करंट द्वारा ले जाने वाली विद्युत चुम्बकीय मुक्त ऊर्जा के न्यूनीकरण का परिणाम था।^[31]

लंडन संवैधानिक समीकरण

अतिचालकता के लिए पहली बार जिस सैद्धांतिक प्रारूप की कल्पना की गई थी वह पूरी तरह से शास्त्रीय था। इसे लंडन के संवैधानिक समीकरणों द्वारा संक्षेपित किया गया है। इसे 1935 में ब्रदर्स फ्रिट्ज और हेंज लंदन द्वारा आगे रखा गया था, इस खोज के तुरंत बाद कि चुंबकीय क्षेत्र अतिचालकता से निष्कासित कर दिए जाते हैं। इस सिद्धांत के समीकरणों की एक प्रमुख जीत मीस्नर प्रभाव की व्याख्या करने की उनकी क्षमता है,^[30] जिसमें एक सामग्री अतिचालकता की सीमा को पार करते ही सभी आंतरिक चुंबकीय क्षेत्रों को तेजी से निष्कासित कर देती है। लंदन समीकरण का उपयोग करके, सतह से दूरी पर अतिचालक के अंदर चुंबकीय क्षेत्र की निर्भरता प्राप्त की जा सकती है।^[32]

लंडन द्वारा एक अतिचालक के लिए दो संवैधानिक समीकरण हैं:-

{\frac {\partial \mathbf {j} }{\partial t}}={\frac {ne^{2}}{m}}\mathbf {E} ,\qquad \mathbf {\nabla } \times \mathbf {j} =-{\frac {ne^{2}}{m}}\mathbf {B} .

पहला समीकरण- अतिचालक इलेक्ट्रॉनों के लिए न्यूटन के दूसरे नियम का अनुसरण करता है।

पारंपरिक सिद्धांत (1950 के दशक)

1950 के दशक के दौरान सैद्धांतिक संघनित पदार्थ भौतिक विज्ञानी उल्लेखनीय और महत्वपूर्ण सिद्धांतों की एक जोड़ी के माध्यम से पारंपरिक अतिचालकता की समझ पर पहुंचे घटनात्मक गिन्ज़बर्ग-लैंडौ सिद्धांत 1950 और सूक्ष्म बीसीएस सिद्धांत (1957)।^[33]^[34] 1950 में फेनोमेनोलॉजीम कण भौतिकी गिन्ज़बर्ग-लैंडौ अतिचालकता का सिद्धांत लेव लैंडौस और विटाली गिन्ज़बर्ग द्वारा तैयार किया गया था।^[35] यह सिद्धांत लैंडौ के दूसरे क्रम के चरण संक्रमण के सिद्धांत को श्रोडिंगर-जैसे तरंग समीकरण के साथ जोड़ा, अतिचालक के मैक्रोस्कोपिक गुणों को समझाने में बड़ी सफलता मिली। विशेष रूप से, एलेक्सी अलेक्सेयेविच अवरिकोशोव ने दिखाया कि गिन्ज़बर्ग-लैंडौ सिद्धांत अतिचालक के विभाजन को दो श्रेणियों में विभाजित करता है जिन्हें अब I-प्रकार और II-प्रकार कहा जाता है। एब्रिकोसोव और गिन्ज़बर्ग को उनके काम के लिए 2003 के नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था लैंडौ को अन्य काम के लिए 1962 का नोबेल पुरस्कार मिला था, तथा 1968 में उनकी मृत्यु हो गई। गिन्ज़बर्ग-लैंडौ सिद्धांत का चार-आयामी विस्तार एवं कोलमैन-वेनबर्ग प्रारूप, क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत और ब्रह्मांड विज्ञान में महत्वपूर्ण है।

इसके अतिरिक्त 1950 में मैक्सवेल और रेनॉल्ड्स एट अल ने पाया कि एक अतिचालक का क्रांतिक तापमान घटक तत्व के समस्थानिक द्रव्यमान पर निर्भर करता है।^[36]^[37] इस क्रांतिक खोज ने अतिचालकता के लिए जिम्मेदार सूक्ष्म तंत्र के रूप में इलेक्ट्रॉन-फोनन परस्पर क्रिया की ओर बातचीत किया गया।

अतिचालकता का पूर्ण सूक्ष्म सिद्धांत अंततः 1957 में जॉन बार्डीन , लियोन नील कूपर और जॉन रॉबर्ट श्राइफ़र द्वारा प्रस्तावित किया गया था।^[34]इस बीसीएस सिद्धांत ने अतिचालक करंट को कूपर जोड़े के सुपरफ्लुइड के रूप में समझाया, इलेक्ट्रॉनों के जोड़े फोनन के आदान-प्रदान के माध्यम से बातचीत करते हैं। इस काम के लिए लेखकों को 1972 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

बीसीएस सिद्धांत 1958 में एक मजबूत आधार पर स्थापित किया गया था, जब एन.एन. बोगोलीबॉव ने दिखाया कि बीसीएस तरंग जो मूल रूप से एक परिवर्तनशील तर्क से प्राप्त किया गया था, इलेक्ट्रॉनिक हैमिल्टनियन (क्वांटम यांत्रिकी) के एक विहित परिवर्तन का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है।^[38] 1959 में, लेव गोरकोव ने दिखाया कि बीसीएस सिद्धांत महत्वपूर्ण तापमान के करीब गिंज़बर्ग-लैंडौ सिद्धांत तक कम हो गया।^[39]^[40] पारंपरिक अतिचालक के लिए बीसीएस सिद्धांत के सामान्यीकरण अति तरल की घटना की समझ का आधार बनाते हैं, क्योंकि वे लैम्ब्डा संक्रमण सार्वभौमिक वर्ग में आते हैं। अपरंपरागत अतिचालक पर इस तरह के सामान्यीकरण को किस सीमा तक प्रयुक्त किया जा सकता है, यह अभी भी विवादग्रस्त है।

आगे का इतिहास

अतिचालकता का पहला व्यावहारिक अनुप्रयोग 1954 में डडली एलन बक के क्रायोट्रॉन के आविष्कार के साथ विकसित किया गया था।^[41] महत्वपूर्ण चुंबकीय क्षेत्र के बहुत भिन्न मूल्यों वाले दो अतिचालक को कंप्यूटर तत्वों के लिए एक तेज़, सरल स्विच बनाने के लिए संयोजित किया जाता है।

1911 में अतिचालकता की खोज के तुरंत बाद कामेरलिंग ओन्स ने अतिचालक वाइंडिंग्स के साथ एक इलेक्ट्रोचुम्बक बनाने का प्रयास किया, लेकिन पाया कि अपेक्षाकृत कम चुंबकीय क्षेत्रों ने उनके द्वारा जांच की गई सामग्री में अतिचालकता को नष्ट कर दिया। बहुत बाद में, 1955 में, जी. बी. यन्तेमा^[42] अतिचालक नाइओबियम तार वाइंडिंग के साथ एक छोटा 0.7-टेस्ला आयरन-कोर इलेक्ट्रोचुम्बक बनाने में सफल रहा। फिर 1961 में, जे.ई. कुंजलर, ई. ब्यूहलर, एफ.एस.एल. सू, और जे.एच. वर्निक^[43] ने चौंकाने वाली खोज की कि, 4.2 केल्विन, नाइओबियम-टिन में, एक यौगिक जिसमें तीन भाग नाइओबियम और एक भाग टिन होता है, सक्षम था 8.8 टेस्ला के चुंबकीय क्षेत्र में 100,000 एम्पीयर प्रति वर्ग सेंटीमीटर से अधिक के वर्तमान घनत्व का समर्थन करता है। नाजुक और निर्माण में मुश्किल होने के बाद भी नाइओबियम-टिन 20 टेस्ला जितना ऊंचा चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने वाले सुपरचुम्बक्स में बेहद उपयोगी साबित हुआ है। 1962 में, टी. जी. बर्लिनकोर्ट और आर. आर. हेके^[44]^[45] ने पाया कि नाइओबियम और टाइटेनियम के अधिक तन्य मिश्र 10 टेस्ला तक के अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं। इसके तुरंत बाद, वेस्टिंगहाउस इलेक्ट्रिक निगम और वाह चांग निगम में नाइओबियम-टाइटेनियम सुपरचुम्बक तार का व्यावसायिक उत्पादन शुरू हुआ। अर्थात नाइओबियम-टाइटेनियम, नाइओबियम-टिन की तुलना में कम प्रभावशाली अतिचालक गुणों का दावा करता है, फिर भी, नाइओबियम-टाइटेनियम सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला वर्कहॉर्स सुपरचुम्बक सामग्री बन गया है, बड़े पैमाने पर इसकी बहुत उच्च लचीलापन और निर्माण में आसानी का परिणाम है। अर्थात, नाइओबियम-टिन और नाइओबियम-टाइटेनियम दोनों एमआरआई मेडिकल इमेजर्स में व्यापक आवेदन पाते हैं, भारी उच्च-ऊर्जा-कण त्वरक, और अन्य अनुप्रयोगों के एक मेजबान के लिए चुम्बक को झुकाते हैं और ध्यान केंद्रित करते हैं। कनेक्टस एक यूरोपीय अतिचालक कंसोर्टियम ने अनुमान लगाया कि 2014 में, वैश्विक आर्थिक गतिविधि जिसके लिए अतिचालकता परम आवश्यक थी, लगभग पाँच बिलियन यूरो जिसमें MRI प्रणाली उस कुल का लगभग 80% हिस्सा था।

1962 में जोसेफसन ने महत्वपूर्ण सैद्धांतिक भविष्यवाणी की, कि अतिचालक के दो टुकड़ों के बीच प्रवाहित हो सकता है जिसे इन्सुलेटर की पतली परत द्वारा अलग किया जाता है।^[46] इस घटना, जिसे अब जोसेफसन प्रभाव भी कहा जाता है, का उपयोग अतिचालक उपकरणों जैसे कि SQUID s द्वारा किया जाता है। इसका उपयोग चुंबकीय प्रवाह क्वांटम 0 = h/(2e) के सबसे सटीक उपलब्ध माप में किया जाता है, जहां H प्लैंक स्थिरांक है। क्वांटम हॉल प्रभाव प्रतिरोधकता के साथ युग्मित यह प्लैंक स्थिरांक का सटीक मापन करता है। इस काम के लिए जोसफसन को 1973 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।^[47]

2008 में यह प्रस्तावित किया गया था कि वह तंत्र जो अतिचालकता उत्पन्न करता है, कुछ सामग्रियों में लगभग अनंत विद्युत प्रतिरोध के साथ एक सुपरइन्सुलेटर स्थिति उत्पन्न कर सकता है।^[48] 2020 में अतिचालक बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट (बीईसी) के पहले विकास और अध्ययन से पता चलता है कि बीईसी और बार्डीन-कूपर-श्रीफ़र शासनों के बीच सुचारू संक्रमण है।^[49]^[50]

उच्च तापमान अतिचालकता

File:Timeline of Superconductivity from 1900 to 2015.svg

अतिचालक सामग्री की समयरेखा। रंग सामग्री के विभिन्न वर्गों का प्रतिनिधित्व करते हैं:

BCS (dark green circle)
Heavy-fermions-based (light green star)
Cuprate (blue diamond)
Buckminsterfullerene-based (purple inverted triangle)
Carbon-allotrope (red triangle)
Iron-pnictogen-based (orange square)
Strontium_ruthenate (grey pentagon)
Nickel-based (pink six-point star)

1986 तक भौतिकविदों का मानना था कि बीसीएस सिद्धांत ने लगभग 30 K से ऊपर के तापमान पर अतिचालकता को मना किया था। उस वर्ष, जोहान्स जॉर्ज बेडनोर्ज़ और के. एलेक्स मुलर ने लेण्टेनियुम बेरियम कॉपर ऑक्साइड में अतिचालकता की खोज की, जो एक लैंथेनम-आधारित कप्रेट पेरोसाइट सामग्री थी, जिसका संक्रमण तापमान था 35 के भौतिकी में नोबेल पुरस्कार, (1987)।^[7]जल्द ही यह पाया गया कि लैंथेनम के स्थान पर येट्रियम अर्थात, YBCO ने क्रांतिक तापमान 90 K से ऊपर बढ़ा दिया।^[51]

यह तापमान उछाल विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह तरल नाइट्रोजन को तरल हीलियम की स्थान पर शीतलक के रूप में अनुमति देता है।^[51] यह व्यावसायिक रूप से महत्वपूर्ण हो सकता है क्योंकि तरल नाइट्रोजन का उत्पादन अपेक्षाकृत सस्ते में किया जा सकता है, यहां तक कि साइट पर भी इसके अतिरिक्त उच्च तापमान तरल हीलियम तापमान पर उत्पन्न होने वाली कुछ समस्याओं से बचने में मदद करता है, जैसे कि जमी हुई हवा के प्लग का निर्माण जो क्रायोजेनिक लाइनों को अवरुद्ध कर सकता है और अप्रत्याशित और संभावित खतरनाक दबाव निर्माण का कारण बन सकता है।^[52]^[53]

कई अन्य कप्रेट अतिचालक की खोज की गई है, और इन सामग्रियों में अतिचालकता का सिद्धांत सैद्धांतिक संघनित पदार्थ भौतिकी की प्रमुख उत्कृष्ट चुनौतियों में से एक है।^[54] वर्तमान में दो मुख्य परिकल्पनाएँ हैं - अनुनाद संयोजकता बंधन सिद्धांत , रेज़ोनिंग-वैलेंस-बॉन्ड थ्योरी और स्पिन उतार-चढ़ाव जिसका अनुसंधान समुदाय में सबसे अधिक समर्थन है।^[55] दूसरी परिकल्पना ने प्रस्तावित किया कि उच्च तापमान वाले अतिचालक में इलेक्ट्रॉन युग्मन की मध्यस्थता छोटे दायरे मे स्पिन तरंगों के द्वारा की जाती है जिन्हें पैरामैग्नन के रूप में जाना जाता है।^[56]^[57]^{[dubious – discuss]}

2008 में होलोग्राफिक अतिचालकता जो होलोग्राफिक द्वैत या AdS/CFT अनुरूपता के सिद्धांत का उपयोग करती है,जिनमे से कुछ सामग्रियों में उच्च-तापमान अतिचालकता के संभावित स्पष्टीकरण के रूप में गब्सर, हार्टनॉल, हर्ज़ोग और होरोविट्ज़ द्वारा प्रस्तावित किया गया था।^[58]

लगभग 1993 से ज्ञात उच्चतम तापमान अतिचालक एक सिरेमिक सामग्री थी जिसमें पारा, बेरियम, कैल्शियम, तांबा, ऑक्सीजन और (HgBa₂Ca₂Cu₃O_8+δ) के साथ T_c = 133–138 K.^[59]^[60] सम्मिलित था।

फरवरी 2008 में उच्च तापमान वाले अतिचालक के लौह-आधारित परिवार की खोज की गई थी।^[61]^[62] टोक्यो प्रौद्योगिकी संस्थान के हिदेओ होसोनो और उनके सहयोगियों ने लैंथेनम ऑक्सीजन फ्लोरीन आयरन आर्सेनाइड LaO1−xFxFeAs पाया, एक ऑक्सीपनिक्टाइड जो 26 K से नीचे अतिचालक करता है। LaO_1−xF_xFeAs में लैंथेनम को समैरियम से बदलने से अतिचालक बनते हैं जो 55K पर काम करते हैं।^[63] 2014 और 2015 में हाइड्रोजन सल्फाइड H
₂S अत्यधिक उच्च दबाव (लगभग 150 गीगापास्कल) पर पहले भविष्यवाणी की गई थी और फिर 80 K के संक्रमण तापमान के साथ एक उच्च तापमान अतिचालक होने की पुष्टि की गई थी।^[64]^[65]^[66] इसके अतिरिक्त, 2019 में यह पता चला कि लैंथेनम हाइड्राइड (LaH₁₀) 170 गीगापास्कल के दबाव में 250 K पर अतिचालक बन जाता है।^[67]^[66] 2018 में मेसाचुसेट्स प्रौद्योगिक संस्थान के भौतिकी विभाग की एक शोध टीम ने बिलीयर ग्राफीन में अतिचालकता की खोज की, जिसमें एक परत ट्विस्ट्रोनिक्स को ठंडा करने और एक छोटे से इलेक्ट्रिक चार्ज को लागू करने के साथ लगभग 1.1 डिग्री के कोण पर मुड़ा हुआ था। भले ही प्रयोग उच्च तापमान वाले वातावरण में नहीं किए गए थे, परिणाम शास्त्रीय लेकिन उच्च तापमान अतिचालक से कम सहसंबद्ध हैं, यह देखते हुए कि किसी भी विदेशी परमाणुओं को पेश करने की आवश्यकता नहीं है।^[68] अतिचालकता प्रभाव ग्रैफेन परतों के बीच एक भंवर में घुमाए गए इलेक्ट्रॉनों के परिणामस्वरूप आया, जिसे स्किरमियन कहा जाता है। ये एकल कण के रूप में कार्य करते हैं और ग्रैफीन की परतों के साथ जुड़ सकते हैं, जिससे अतिचालकता के लिए आवश्यक बुनियादी स्थितियां उत्पन्न हो जाती हैं।^[69]

2020 में, लगभग 270 गीगापास्कल के दबाव में हाइड्रोजन, कार्बन और सल्फर से बने एक कमरे के तापमान के अतिचालक स्वरूप में एक पेपर में वर्णित किया गया था।^[70] परिणाम प्राप्त करने के लिए लेखकों द्वारा उपयोग की जाने वाली विधियाँ है।^[66]

अनुप्रयोग

File:Flyingsuperconductor.ogg

YBCO के अतिचालक उत्तोलन का वीडियो

अतिचालक चुम्बक मे ज्ञात सबसे शक्तिशाली विद्युत चुम्बकों में से कुछ हैं। उनका उपयोग एनएमआर मशीनों, मास स्पेक्ट्रोमीटर , कण त्वरक में उपयोग किए जाने वाले बीम-स्टीयरिंग चुम्बक और कुछ टोकामकस में प्लाज्मा सीमित चुम्बक में किया जाता है। उनका उपयोग चुंबकीय पृथक्करण के लिए भी किया जा सकता है, जहां कमजोर चुंबकीय कणों को कम या गैर-चुंबकीय कणों की पृष्ठभूमि से निकाला जाता है, जैसा कि वर्णक उद्योगों में होता है। उच्च विद्युत धाराओं द्वारा लगाए गए प्रतिबंधों को दूर करने के लिए उनका उपयोग बड़े पवन टर्बाइनों में भी किया जा सकता है, एक औद्योगिक ग्रेड 3.6 मेगावाट अतिचालक विंडमिल जनरेटर का डेनमार्क में सफलतापूर्वक परीक्षण किया गया है।^[71]

1950 और 1960 के दशक में, क्रायोट्रॉन स्विच का उपयोग करके प्रयोगात्मक अंकीय कंप्यूटर बनाने के लिए अतिचालक का उपयोग किया गया था।^[72] हाल ही में, अतिचालक का उपयोग चल दूरभाष बेस स्टेशनों के लिए रैपिड सिंगल फ्लक्स क्वांटम तकनीक और आरएफ और माइक्रोवेव फिल्टर पर आधारित अंकीय परिपथ बनाने के लिए किया गया है।

अतिचालक का उपयोग जोसेफसन जंक्शनों के निर्माण के लिए किया जाता है जो कि स्क्विड (अतिचालक क्वांटम हस्तक्षेप उपकरण) के निर्माण खंड हैं, जो सबसे संवेदनशील चुम्बकोमीटर हैं। स्क्विड का उपयोग स्क्विड माइक्रोस्कोप और चुम्बको मस्तिष्क चित्रण को स्कैन करने में किया जाता है। एसआई वाल्ट का एहसास करने के लिए जोसेफसन उपकरणों की श्रृंखला का उपयोग किया जाता है। अतिचालक फोटॉन डिटेक्टर^[73] को विभिन्न प्रकार के उपकरण विन्यास में महसूस किया जा सकता है। ऑपरेशन के विशेष मोड के आधार पर इन्सुलेटर-अतिचालक जोसेफसन जंक्शन को डिटेक्टर या मिक्सर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। सामान्य से अतिचालक अवस्था में संक्रमण के दौरान बड़े प्रतिरोध परिवर्तन का उपयोग क्रायोजेनिक माइक्रो-कैलोरीमीटर फोटॉन डिटेक्टरों में थर्मामीटर बनाने के लिए किया जाता है। अतिचालक सामग्री से बने अल्ट्रासेंसिटिव बोलोमीटर में समान प्रभाव का उपयोग किया जाता है। अतिचालक नैनोवायर एकल-फोटॉन डिटेक्टर उच्च गति, कम शोर वाले सिंगल-फोटॉन डिटेक्शन की पेशकश करते हैं और उन्नत फोटॉन गिनती अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से कार्यरत हैं।^[74] अन्य शुरुआती बाजार उत्पन्न हो रहे हैं जहां उच्च तापमान अतिचालकता पर आधारित उपकरणों की सापेक्ष दक्षता, आकार और वजन लाभ शामिल अतिरिक्त लागतों से अधिक है। उदाहरण के लिए, पवन टर्बाइनों में अतिचालक जनरेटर के कम वजन और मात्रा से निर्माण और टॉवर लागत में बचत हो सकती है, परिवर्तक के लिए उच्च लागत की भर पाई हो सकती है और बिजली की कुल स्तरीय लागत (एलसीओई) कम हो सकती है।^[75]

भविष्य के शक्तिशाली अनुप्रयोगों में उच्च-प्रदर्शन समार्ट ग्रिड , विद्युत शक्ति संचरण , ट्रांसफार्मर , एसएमई एस, विद्युत मोटर्स (जैसे वाहन प्रणोदन के लिए, वैक्ट्रेन या मैग्लेव ट्रेनों में), चुंबकीय उत्तोलन उपकरण, फॉल्ट करंट लिमिटर्स, अतिचालक सामग्री के साथ स्पिंट्रोनिक उपकरणों को बढ़ाना शामिल हैं।^[76] और अतिचालक चुंबकीय रेफ्रिजरेशन । हालांकि, अतिचालकता चुंबकीय क्षेत्रों को स्थानांतरित करने के लिए संवेदनशील है, इसलिए प्रत्यावर्ती धारा जैसे ट्रांसफार्मर का उपयोग करने वाले अनुप्रयोगों को उन लोगों की तुलना में विकसित करना अधिक कठिन होगा जो प्रत्यक्ष धारा पर भरोसा करते हैं। पारंपरिक बिजली लाइनों की तुलना में, अतिचालक हस्तांतरण रेखाए अधिक कुशल होती हैं और इसके लिए केवल कुछ ही जगह की आवश्यकता होती है, जो न केवल बेहतर पर्यावरणीय प्रदर्शन की ओर ले जाएगी बल्कि इलेक्ट्रिक ग्रिड के विस्तार के लिए सार्वजनिक स्वीकृति में भी सुधार कर सकती है।^[77] एक अन्य आकर्षक औद्योगिक पहलू कम वोल्टेज पर उच्च शक्ति संचरण की क्षमता है।^[78] शीतलन प्रणाली की दक्षता में प्रगति और तरल नाइट्रोजन जैसे सस्ते शीतलक के उपयोग ने भी अतिचालकता के लिए आवश्यक शीतलन लागत में काफी कमी की है।

अतिचालकता के लिए नोबेल पुरस्कार

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यह भी देखें

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अग्रिम पठन

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चुंबकीय क्षेत्र की प्रतिक्रिया

संचालन के सिद्धांत द्वारा

क्रांतिक तापमान द्वारा

सामग्री द्वारा

अतिचालकों के प्राथमिक गुण

शून्य विद्युत डीसी प्रतिरोध

चरण संक्रमण

मीस्नर प्रभाव

लंडन क्षण

अतिचालकता का इतिहास

लंडन संवैधानिक समीकरण

पारंपरिक सिद्धांत (1950 के दशक)

आगे का इतिहास

उच्च तापमान अतिचालकता

अनुप्रयोग

अतिचालकता के लिए नोबेल पुरस्कार

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