คำถาม: ใครเป็นผู้คิดค้น สารตัวนำยวดยิ่ง?

text: ในปี ค.ศ. 1911 นักฟิสิกส์ชาวดัตช์ชื่อ ไฮเกอ กาเมอร์ลิง โอนเนิส[2] เขาได้นำปรอทไปทำการทดลองเพื่อวัดค่าความต้านทานไฟฟ้า ซึ่งโอนเนิสคิดว่าปรอทเป็นโลหะที่มีความบริสุทธิ์ที่สุดในขณะนั้นและความต้านทานจะลดลงแบบเอกซ์โพเนนเชียล (exponential) ที่จุดเดือดของฮีเลียมเหลวซึ่งจะพบตำแหน่งที่มีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ได้ แต่ผลการทดลองพบว่าความต้านทานของไฟฟ้าของปรอทบริสุทธิ์ลดลงอย่างสม่ำเสมอเมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำเมื่ออุณหภูมิลดลงถึง 4.2 เคลวิน ความต้านทานไฟฟ้าของปรอทลดลงอย่างรวดเร็ว แต่การทดลองไม่ได้มีการลดลงอย่างเอกซ์โพเนนเชียล (exponential) ตามที่คาดไว้เนื่องจากความต้านทานไฟฟ้าที่วัดได้มีค่าน้อยกว่า 10-6 เท่าของความต้านทานไฟฟ้าที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งอาจกล่าวได้ว่าความต้านทานไฟฟ้าของปรอทเป็นศูนย์ที่อุณหภูมิ 4.2 เคลวินและต่อมาโอนเนิสพบว่าการเกิดความต้านทานเป็นศูนย์อย่างทันทีทันใดนั้นสามารถเกิดกับโลหะหลายชนิดโดยไม่ขึ้นกับความบริสุทธิ์ของสาร จึงเรียกปรากฏที่สารไร้ความต้านทานนี้ว่า “สภาพนำยวดยิ่ง” (Superconductivity) และเรียกอุณหภูมิที่ทำให้เกิดสภาพนำยวดยิ่งว่า “อุณหภูมิวิกฤติ” (Critical Temperature,TC) ในปี ค.ศ. 1913 โอนเนิสได้ทำการทดลองซึ่งพบว่าเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลในตัวนำยวดยิ่งได้ ถ้าความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านมีค่าต่ำกว่าค่า ๆ หนึ่ง และเมื่อความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านมีค่าสูงกว่าค่านี้แล้ว วัสดุจะกลายสภาพเป็นตัวนำปกติ เรียกความหนาแน่นกระแสนั้นว่า “ความหนาแน่นกระแสวิกฤติ” (Critical Current Density, JC) ซึ่งปริมาณความหนาแน่นกระแสวิกฤตนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ โดยความหนาแน่นกระแสวิกฤติจะมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง ในปี ค.ศ. 1914 โอนเนิสพบว่าสนามแม่เหล็กสามารถทำลายสภาพนำยวดยิ่งได้เช่นเดียวกับความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าวิกฤต เรียกสนามแม่เหล็กนี้ว่า “สนามแม่เหล็กวิกฤต” (Critical magnetic field, HC) นั่นคือถ้าสนามแม่เหล็กมีความเข้มมากกว่าสนามแม่เหล็กวิกฤตแล้วตัวนำยวดยิ่งจะกลายสภาพเป็นตัวนำปกติ ในปี ค.ศ. 1916 ซิลส์บี (Silsbee) ศึกษาสภาพนำยวดยิ่ง[3] ในลวดตัวยวดยิ่งกับสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำและได้อธิบายว่า “กระแสวิกฤตเหนี่ยวนำคือปัจจัยที่ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กวิกฤตที่ผิวของลวด” ดังนั้นปัจจัยที่ทำลายสภาพนำยวดยิ่งคือ อุณหภูมิ ความหนาแน่นกระแส และสนามแม่เหล็ก
title: วัสดุตัวนำยวดยิ่ง

text: ปรากฏการณ์ไมส์เนอร์เป็นปรากฏการณ์ที่นิยมใช้ในการทดสอบว่าสารมีสภาพนำยวดยิ่งซึ่งเกิดขึ้น จากการให้สนามแม่เหล็กภายนอกเข้าไปในขณะที่สารมีสภาพนำยวดยิ่ง สนามแม่เหล็กภายนอกทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ผิวของตัวนำยวดยิ่งและกระแสไฟฟ้าดังกล่าวจะสร้างสนามแม่เหล็กที่มีขนาดเท่ากันแต่มีทิศตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กที่ให้เข้าไปจึงทำให้สนามแม่เหล็กภายในของสารนั้นมีค่าเป็นศูนย์
จากปรากฏการณ์ข้างต้นจึงจัดว่าตัวนำยวดยิ่งมีคุณสมบัติเป็นสารแม่เหล็กไดอาแบบสมบูรณ์ (Perfect Diamagnetic) การค้นหาสมบัติยังคงมีอย่างต่อเนื่อง จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2498 เดเวอร์และแฟร์แบงค์ (Deaver & Fairbank. 1961) ได้ค้นพบความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติทางไฟฟ้าและสมบัติทางแม่เหล็กของตัวนำยวดยิ่งอีกประการหนึ่ง เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า ฟลักซ์แม่เหล็กแบบ ควอนไทด์เซชัน (Flux Quantization) โดยการนำตัวนำยวดยิ่งมาทำเป็นรูปวงแหวนและให้สนามแม่เหล็กเข้าไป ตัวนำยวดยิ่งมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิวิกฤต สนามแม่เหล็กจะสามารถพุ่งผ่านตัวนำยวดยิ่งได้และถ้าลดอุณหภูมิของวงแหวนให้ต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตแล้วให้สนามแม่เหล็กเข้าไปอีกครั้ง สนามแม่เหล็กดังกล่าวจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำไหลวนในวงแหวนและจะสร้างสนามแม่เหล็กพุ่งผ่านตรงช่องว่างของวงแหวน
เป็นปรากฎการณ์จากการทดลองหาความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิวิกฤต (Tc) กับมวลไอโซโทป (M) ค่าต่างๆของตัวนำยวดยิ่ง พบว่าสามารถเขียนความสัมพันธ์ได้ดังสมาการ 
title: สมบัติตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง

text: สมบัติของตัวนำยวดยิ่ง หมายถึง สารที่อยู่ในสถานะนำยวดยิ่งมีสมบัติหลายประการที่แตกต่างกันจากสารที่อยู่ในสถานะนำปกติต่อไปนี้จะกล่าวถึงสมบัติเบื้องต้นของตัวนำยวดยิ่งทั้งแบบเดิมและตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง อาทิเช่น ความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ ปรากฏการณ์ไมสเนอร์ สนามแม่เหล็ก ปรากฏการณ์ไอโซโทป และความไม่ต่อเนื่องของฟลักซ์แม่เหล็ก
title: ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง

text: 1. สมบัติของสารตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงจะมีลักษณะขึ้นกับทิศทางเป็นอย่างมาก คือ มีโครงสร้างของอะตอมในผลึกเป็นชั้นๆ และการนำไฟฟ้าในแนวตั้งฉากกับแกนหลักของผลึกเกือบจะไม่มี ทำให้ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงมีโครงสร้างการนำไฟฟ้าเกือบเป็น 2 มิติ
title: ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม

text: ในปี ค.ศ. 1986 เบทนอสและมูลเลอร์ (Bednorz & Muller)[5] ได้ทำการวิจัยซึ่งจากงานวิจัยดังกล่าวค้นพบสภาพตัวนำยวดยิ่งของสารกลุ่มใหม่ที่มีองค์ประกอบของคอปเปอร์ออกไซด์ (CuO2) เป็นองค์ประกอบเรียกว่า คิวเพรท (Cuprate) และเป็นสารตัวแรกที่เป็นสารประกอบของ La2BaCuO4 ซึ่งเป็นสารประกอบประเภทเซรามิกคือที่อุณหภูมิห้องสารจะมีสภาพเป็นฉนวนไฟฟ้า แต่หากลดอุณหภูมิลงจนต่ำกว่า 30 เคลวิน สารจะเกิดการเปลี่ยนสภาพเป็นตัวนำยวดยิ่งได้ การค้นพบของเบทนอสและมูลเลอร์ทำให้กลุ่มนักฟิสิกส์คาดการณ์ว่าจะต้องค้นพบตัวนำยวดยิ่งที่อุณหภูมิห้องและการค้นพบของเบทนอสและมูลเลอร์ครั้งนี้ทำให้กลุ่มนักฟิสิกส์มีความเข้าใจในแนวเดียวกันว่าตัวนำยวดยิ่งที่มีอุณหภูมิวิกฤตไม่เกิน 35 เคลวิน เป็นตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม (Conventional Superconductors) และเรียกตัวนำยวดยิ่งที่อุณหภูมิวิกฤตสูงกว่า 35 เคลวินว่าเป็นตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง (High Temperature Superconductors) ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1911 ซึ่งเป็นปีของการค้นพบเป็นต้นมา การค้นคว้าวิจัยหาตัวนำยวดยิ่งชนิดหนึ่งที่อุณหภูมิวิกฤติสูงนั้นได้พัฒนาไปอย่างเชื่องช้า จนกระทั่งในปี ค.ศ. 1973 นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบโลหะผสมระหว่างไนโอเบียมและเจอร์มาเนียม (Nb3Ge) ซึ่งมีอุณหภูมิวิกฤต 23.2 เคลวิน แต่ไม่ประสบความสำเร็จจึงทำให้เชื่อว่าตัวนำยวดยิ่งในธรรมชาติน่าจะมีอุณหภูมิวิกฤตที่จำกัดประมาณ 35 เคลวิน และ เรียกตัวนำชนิดนี้ว่า ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิต่ำ (Low Temperature Superconductors) ปี ค.ศ. 1987 กลุ่มวิจัยของชู (Chu) ได้ทำการทดลองพบว่า ตัวนำยวดยิ่ง Ba-La-Cu-O เมื่อใส่ความดันเข้าไปในระบบ สามารถมีอุณหภูมิวิกฤติเพิ่มขึ้นจาก 35 เคลวิน เป็นเท่ากับ 50 เคลวิน ได้ และยังสามารถเพิ่มขึ้นได้ถึง 90 เคลวิน เมื่อแทนที่อะตอม La ด้วย Y ซึ่งมีสูตรใหม่เป็น YBa2Cu3 Ox
title: วัสดุตัวนำยวดยิ่ง

text: ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง คือวัสดุที่ประพฤติตัวเป็นสารตัวยวดยิ่งที่อุณหภูมิสูงกว่า 35 K ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงถูกคิดค้นครั้งแรกโดยเบทนอร์ซ (Georg Bednorz) และมูลเลอร์ (K. Alex Müller), ที่ห้องปฏิบัติการ IBM ที่เมืองซุริคในปี 1986 และในปีถัดมาคือ 1987 พวกเขาได้รับรางวัลโนเบลจากการค้นพบในครั้งนี้ ซึ่งถือได้ว่าเป็นรางวัลโนเบลที่มีช่วงเวลาการค้นพบถึงเวลาการประกาศได้รับรางวัลที่สั้นที่สุด แสดงถึงความสำคัญในดารค้นพบที่มีมากๆเช่นดียวกัน โดยมีคำอธิบายการค้นพบว่า "for their important break-through in the discovery of superconductivity in ceramic materials"
title: High-temperature superconductivity

text: สิ่งที่เป็นเอกลักษณ์ของตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงคือ การทนต่อสนามแม่เหล็ก ซึ่งก็สามารถทนได้มากกว่าตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิต่ำ ดังนั้นสารตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง ณ จุดเดือดของฮีเลียมเหลว ก็จะทนต่อสนามความเข้มสูงได้มากกว่าในตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิต่ำ
title: Technological applications of superconductivity

text: การ ค้นพบตัวนำยวดยิ่ง ที่มีอุณหหภูมิวิกฤตสูงกว่าจุดเดือดของไนโตรเจนเหลว นำมาซึ่งการตื่นตกใจครั้งใหญ่ในวงการฟิสิกส์เป็นอย่างมาก เพราะยังไม่มีใครที่สามารถค้นพบและระบุได้ชัดเจนมาก่อน และเนื่องจากตัวนำยวดยวดยิ่งเป็นสารที่มีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ที่อุณหภูมิ ต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต และไนโตรเจนเหลวเป็นสารหล่อเย็นที่มีราคาถูก โดย ไนโตรเจนเหลวจะมีราคาประมาณ 1,000 บาทต่อ 100 ลิตร คิดแล้วก็ประมาณลิตรละ 10 บาท ส่วนน้ำดื่มที่ขายเป็นขวดๆละ 1 ลิตรราคาก็เกือบ 10 บาท ดั้งนั้นอาจกล่าวได้ว่าสำหรับประเทศไทยไนโตรเจนเหลว มีราคาถูกพอๆกับน้ำเปล่า และเมื่อมีการใช้งานมากขึ้นราคาก็จะถูกลงได้อีก ดังนั้นจะมีความเป็นไปได้สูงมาก ที่จะใช้ตัวนำยวดยิ่งทำสายไฟในอุปกรณ์ไฟฟ้าและจะไม่มีการสูญเสียพลังงานให้ กับความต้านทานทำให้ได้เครื่องใช้ที่มีประสิทธิภาพสูง แต่จะมีการสูญเสียพลังงานและค่าใช้จ่ายให้กับไนโตรเจนเหลวแทน และเนื่องจากตัวนำยวดยิ่งยังมีสมบัติอื่นอีก เช่น การลอยตัวนิ่งเหนือแท่งแม่เหล็ก ซึ่งมีการนำไปประยุกต์ทำรถไฟฟ้าได้แล้ว ทำให้ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงเป็นสารที่ได้รับความสนใจมากๆ
title: ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง

text: ตัวนำยวดยิ่งของสารกลุ่มใหม่ที่มีองค์ประกอบของคอปเปอร์ออกไซด์ (CuO) เป็นองค์ประกอบเรียกว่า คิวเพรต (Cuprate) และเป็นสารตัวแรกที่เป็นสารประกอบของ (LaBaCuO) ซึ่งเป็นสารประกอบประเภทเซรามิกคือที่อุณหภูมิห้องสารจะมีสภาพเป็ฉนวนไฟฟ้า การนำไฟฟ้าจึงเกิดขึ้นในระนาบของคอปเปอร์ออกไซด์โดยมีอิเล็กตรอนของอะตอมของคอปเปอร์เป็นตัวการสำคัญที่ทำให้เกิดสภาพนำยวดยิ่ง การลดอุณหภูมิลงจะทำให้โครงสร้างของผลึกเปลี่ยนไป ระนาบคอปเปอร์ออกไซต์ที่มีในโมเลกุลจึงมีความสำคัญโดยตรงกับสภาพนำยวดยิ่ง จึงกล่าวได้ว่าการนำไฟฟ้าของอิเล็กตรอนในตัวนำยวดยิ่งเป็นแบบสองมิติ ซึ่งกลุ่มคิวเพร์ทตัวแรก ก็คือ Ba-La-Cu-O ที่ถูกพบโดย เบทนอร์ซและมูลเลอร์ และสารต่อมาก็คือ La-Sr-Cu-O โดย ทากากิ และสารประกอบ Y-Ba-Cu-O โดยชูและคณะ
title: คิวเพรต

text: เนื่องจากแม่เหล็กภายนอกมีผลทำลายสภาพนำยวดยิ่งได้ แต่ในตัวนำยวดยิ่งบางประเภท คือ พวกตัวนำยวดยิ่งที่มีสารเจือประเภทแม่เหล็ก
จะมีผลทำให้เกิดสภาพความเป็นแม่เหล็กขึ้นในโครงสร้าง ทำให้อุณหภูมิวิกฤตมีค่าลดลง นอกจากนี้ยังทำให้เกิดตัวนำยวดยิ่งที่เรียกว่าตัวนำยวดยิ่งแบบ Gapless โดยอบริกอซอฟและกอร์คอฟ ได้พิจารณาผลของการแลกเปลี่ยนสปิน (Spin-exchange) ของสารเจือประเภทแม่เหล็กที่ไม่เข้มข้น พบว่ามีผลทำให้อุณหภูมิวิกฤต (Critical Temperature, T) ลดลง
โดยความเข้มข้นของสารเจือประเภทแม่เหล็กจะมีค่าหนึ่งที่ทำให้ T ลดลงจนกลายเป็นศูนย์ และความเข้มข้นอีกค่าหนึ่งทำให้ช่องว่างพลังงานมีค่าเป็นศูนย์ด้วย
title: สภาพนำยวดยิ่ง

text: ในปี1973 มีผู้ได้รับรางวัลโนเบล 3คน คือ เบร์น เดวิด โจเซฟสัน ( Brian David Josephson) ลีโอ อีซากิ(Leo Esaki) ไอวา เกียเวอร์(Ivar Giaever) โดยได้รับรางวัล ½,¼,¼ ส่วนตามลำดับ ซึ่งจะพบว่าโจเซฟสันได้รับความสำคัญมากกว่าโดยได้รับรางวัลครึ่งส่วนของปีนั้น(The Nobel Foundation) มีความอธิบายการค้นพบที่ได้รับรางวัลว่า
“for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors , respectively”
โดยโจเซฟสันได้รางวัลสำหรับการศึกษาด้านทฤษฎีของตัวนำยวดยิ่ง เกียเวอร์ได้รางวัลสำหรับการทดลองการทะลุผ่าน (Tunneling) ในตัวนำยวดยิ่งและสารกึ่งตัวนำ ส่วนอีซากิได้รับรางวัลส่วนการทดลองการทะลุผ่านในสารกึ่งตัวนำ
โจเซฟสันเริ่มทำงานวิจัยนี้ขณะที่ยังเป็นนักศึกษาปริญญาเอก โดยมี เบร์น พิพาร์ด (Brian Pippard) เป็นอาจารย์ที่ปรึกษา แต่ความคิดหลักของงานวิจัยเรื่องการทะลุผ่านี้เกิดจากการที่เขาได้ไปเยี่ยมห้องปฏิบัติการของ ฟิล แอนเดอร์สัน(Phil Anderson) ผู้ที่ทำการศึกษาเกี่ยวกับการทะลุผ่านของ กระแสยวดยิ่ง(Supercurrent)ซึ่งแอนเดอร์สันแสดงให้เห็นว่าสำหรับระบบที่มีปฏิสัมพันธ์กัน(Correlation) สามารถเกิดสถานะเสมือนในพิกัดตรงข้ามได้
ปรากฏการณ์โจเซฟสัน เป็นปรากฏการณ์ที่สามารถทำให้เกิดได้ ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม โดยเป็นปรากฏการณ์ที่คู่คูเปอร์ที่เป็นตัวนำในตัวนำยวดยิ่งสามารถทะลุผ่านฉนวนบางๆที่กันกลางระหว่างตัวนำยวดยิ่งได้ ปรากฏการณ์นีสามารถเกิดขึ้นได้2แบบ คือปรากฏการณ์โจเซฟสันกระแสตรง(DC Josephson effect) และปรากฏการณ์โจเซฟสันกระแสสลับ(AC Josephson effect)
title: ปรากฏการณ์โจเซฟสัน

text: 7. ในตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง อุณหภูมิวิกฤตจะขึ้นกับความเข้มข้นของสารเจือแบบไม่เป็นแม่เหล็ก แต่ในขณะที่ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิมอุณหภูมิวิกฤตจะขึ้นกับความเข้มข้นของสารเจือแบบแม่เหล็ก โดยอุณหภูมิวิกฤตขะไม่ขึ้นกับสารเจือแบบไม่เป็นแม่เหล็ก 
title: ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม

text: ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงจะแสดงสมบัติความเป็นตัวนำยวดยิ่งที่อุณภูมิสูงกว่าจุดเดือดของไนโตรเจนเหลวซึ่งเป็นสารให้ความเย็นที่ราคาต่ำกว่าที่ใช้ในตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิต่ำ แต่ปัญหาของตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงคือแตกหักได้ง่าย มีค่าใช่จ่ายในการผลิตสูง และไม่สามารถขึ้นรูปเป็นเส้นหรือรูปร่างตามต้องการได้ ดังนั้นสารตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงจึงถูกในไปใช้งานได้ไม่กว้างขวางนัก ดังนี้
title: Technological applications of superconductivity

text: สารประกอบ Organic ที่แสดงสมบัติเป็นตัวนำยวดยิ่งได้ ถูกค้นพบครั้งแรกใรทศวรรต 1980 โดยมีอุณหภูมิวิกฤตน้อยกว่า 1K ซึ่งกลไกการเกิดสภาพนำยวดยิ่งในสาร Organic นี้เกิดจากการเกิดจากการถ่ายเทประจุ (charge transfer) ระหว่างโมเลกุล Organic cation กับ Inorganic anion complex โดยมี π-orbital ใน cation ทำให้เกิดการนำไฟฟ้าแบบโลหะขึ้น โครงสร้างหลักที่สำคัญในตัวยวดยิ่ง Organic ถูกเรียกว่า Organic building block คือ bis (ethylenedioxy) Tetrathiafulvalene ซึ่งเขียนย่อๆว่า ET โดยในปี 1983 มีค้นพบ (ET)ReO ที่มี T=2.5K ซึ่งสูงมากแล้วสำหรับตัวนำยวดยิ่งประเภทนี้ ในปัจจุบันมีการค้นพบในสารประกอบ (ET)Cu[N(CN)]Br มี T=11.6K ทำให้แนวคิดเกี่ยวกับตัวนำยวดยิ่ง Organic ที่ต้องมี T ต่ำมากๆเปลี่ยนไป
title: ตัวนำยวดยิ่งออร์แกนิก

text: โดยโลหะที่ทดลองเพิ่มเติมเหล่านี้มีค่าอุณหภูมิวิกฤต เท่ากับ 3.69, 7.26 และ 9.2 เคลวิน ตามลำดับ ในการค้นพบตัวนำยวดยิ่งยุคแรกๆ ค่าอุณหภูมิวิกฤตของสารค่อนข้างต่ำโดยไม่เกิน 10 เคลวิน และเรียกตัวนำยวดยิ่งกลุ่มนี้ว่าตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิต่ำ (Low Temperature Superconductors) หรือ ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม (Conventional Superconductors)
เมื่อตัวนำยวดยิ่งที่ไร้สภาพต้านทานไฟฟ้า จะทำให้กระแสที่ให้เข้าไปไม่มีการสูญเสียพลังงานเมื่อเวลาผ่านไป เรียกกระแสไฟฟ้านี้ว่า กระแสไฟฟ้ายืนยง (Persistent Current) หรือกระแสไฟฟ้ายวดยิ่ง (Supercurrent) 
title: ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง

text: ตัวนำยวดยิ่งแบบออกไซด์ที่ได้รับความสนใจอย่างมากในสารกลุ่มนี้คือ สตรอนเทียมรูเทอเนต (Sr2RuO4) ซึ่งถูกค้นพบในปี 1994 โดยเมียโน มีอุณหภูมิวิกฤต 1.5 เคลวิน พบว่าเป็นตัวนำยวดยิ่งแบบสปินทริปเลตมีโครงสร้างผลึกที่คล้ายกันตัวนำยวดยิ่งแบบคิวเพร์ทแต่มีสมบัติที่แตกต่างกันมาก
title: วัสดุตัวนำยวดยิ่ง

text: สภาพนำยวดยิ่งเป็นปรากฏการณ์ทางกลศาสตร์ควอนตัมเช่นเดียวกับ ferromagnetism และ atomic spectral lines ซึ่งก็ไม่ได้หมายความว่าตัวนำยวดยิ่งจะมีสภาพนำไฟฟ้าที่สมบูรณ์แบบตามแบบฉบับของฟิสิกส์ยุคเก่า ทั้งนี้ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิมนี้สามารถใช้ทฤษฎีบีซีเอส อธิบายได้ สภาพนำยวดยิ่งเกิดขึ้นกับสสารหลายชนิด รวมไปถึงธาตุที่หาง่ายอย่างดีบุกและอะลูมิเนียมหรือวัสดุมีค่าอย่างอัลลอยและสารกึ่งตัวนำที่ถูกโดปอย่างหนักบางชนิดอีกด้วย สภาพนำยวดยิ่งจะไม่เกิดขึ้นในโลหะมีค่าอย่างทองคำหรือเงินหรือสารแม่เหล็กส่วนใหญ่ ในปัจจุบันตัวนำยวดยิ่งสามารถแบ่งได้ตามสมบัติแม่เหล็กได้เป็น 2 ชนิดคือ ตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ 1 และตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ 2
title: สภาพนำยวดยิ่ง

text: สารตัวนำยวดยิ่งได้ถูกนำมาใช้งานในการสร้างสนามแม่เหล็กที่มีความเสถียรและความเข้มสูงในเครื่อง MRI และ NMR ซึ่งช่วยให้สามารถวิเคราะห์โรคได้อย่างมีประสิทธิภาพจากการสร้างภาพสามมิติ โดยปกติแล้วจะใช้สารตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิต่ำ(Low temperature superconductors)เนื่องจากสารตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง( high temperature superconductors) ยังมีค่าใช้จ่ายที่มาก มีความเสถียรและความสามารถในการผลิตสนามแม่เหล็กที่ไม่มากพอ แต่การใช้ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิต่ำก็ต้องแลกมาด้วยการใช้ฮีเลียมเหลว (liquid helium)ในการให้ความเย็น นอกจากใช้สร้างสนามแม่เหล็กในวงการการแพทย์แล้วยังใช้ในวงการวิทยศาสตร์อีกด้วย
title: Technological applications of superconductivity

text: 6. ความเข้มข้นของสารเจือ ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง อุณหภูมิวิกฤตจะขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารเจือแบบไม่เป็นแม่เหล็ก แต่ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม อุณหภูมิวิกฤตจะขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารเจือแบบแม่เหล็ก
title: ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง

text: โดยโลหะที่ทดลองเพิ่มเติมเหล่านี้มีค่าอุณหภูมิวิกฤต เท่ากับ 3.69, 7.26 และ 9.2 เคลวิน ตามลำดับ ในการค้นพบตัวนำยวดยิ่งยุคแรกๆ ค่าอุณหภูมิวิกฤตของสารค่อนข้างต่ำโดยไม่เกิน 10 เคลวิน และเรียกตัวนำยวดยิ่งกลุ่มนี้ว่าตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิต่ำ (Low Temperature Superconductors) หรือ ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม (Conventional Superconductors)
เมื่อตัวนำยวดยิ่งที่ไร้สภาพต้านทานไฟฟ้า จะทำให้กระแสที่ให้เข้าไปไม่มีการสูญเสียพลังงานเมื่อเวลาผ่านไป เรียกกระแสไฟฟ้านี้ว่า กระแสไฟฟ้ายืนยง (Persistent Current) หรือกระแสไฟฟ้ายวดยิ่ง (Supercurrent) 
title: สมบัติตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง

text: เครื่อง NMR มีหลักการทำงาน คือ วัดอัตราการผ่อนคลายของสปินนิวเคลียสของตัวนำยวดยิ่ง สามารถแยกชนิดของตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิมกับตัวนำยวดยิงอุณหภูมิสูงได้โดยการดูกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างเวลาผ่อนคลายกับอุณหภูมิ ถ้าหากพบยอดการเกิดสูงที่สุดหรือ โคเฮียเรียนพีค(Coherence peak)ที่บริเวณต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤติแสดงว่าเป็นตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม ซึ่งตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิมจะแสดงสมบัติที่เป็นไปตามทฤษฎี BCS ที่มีกลไกอิเล็กตรอนโฟนอนเป็นกลไกหลัก แต่ในตัวนำยวดยิ่งก็สามารถพบโคเฮเรียนพีคได้ หากตัวนำยวดยิ่งนั้นมีการเจือสารบางอย่าง
title: Technological applications of superconductivity

text: นอกจากที่มีอิเล็กตรอนมวลหนักแล้ว สารกลุ่มนี้บางชนิดยังมีสมบัติแม่เหล็กร่วมด้วย เช่น ในสาร NbBeB , U2Sn17 และ UCd11 และยังมีการพบว่าตัวนำยวดยิ่งอิเล็กตรอนหนักบางชนิดเป็นสถานะสปินซิงเกลตที่เป็นมีสมมาตรแบบคลื่นเอสด้วย แต่กลไกการเกิดสภาพนำยวดยิ่งไม่ได้เกิดจากอันตรกิริยาอิเล็กตรอนโฟนอนซึ่งมีการนำเสนอว่ากลไกการเกิดสภาพนำยวดยิ่งในการกลุ่มนี้อาจเกิดจากแมกนอน (Magnon) ก็ได้
title: วัสดุตัวนำยวดยิ่ง

text: ตัวนำยวดยิ่งแบบคิวเพร์ทเป็นตัวนำยวดยิ่งที่มีโครงสร้างหลักประกอบด้วยระนาบของคอปเปอร์ออกไซด์วางตัวมีลักษณะเป็นชั้นๆ ในระหว่างฉันมีอะตอมของโลหะชนิดอื่นคั่นอยู่ โดยอะตอมนี้จะทำหน้าที่เป็นฉนวน การนำไฟฟ้าเกิดขึ้นในระนาบของคอปเปอร์ออกไซด์โดยมีอิเล็กตรอนของอะตอมคอปเปอร์เป็นตัวการสำคัญที่ทำให้เกิดสภาพยวดยิ่ง การลดอุณหภูมิจะทำให้โครงสร้างของผลึกเปลี่ยนไป ระนาบคอปเปอร์ออกไซด์ที่มีในโมเลกุลจึงมีความสัมพันธ์โดยตรงกับสภาพนำยวดยิ่ง กล่าวได้ว่าการนำไฟฟ้าของอิเล็กตรอนในตัวนำยวดยิ่งเป็นแบบ 2 มิติ ในปัจจุบันพบว่าภายใต้ความดัน ตัวนำยวดยิ่งในสารประกอบปรอท-แบเรียม-แคลเซียม-คิวเพร์ท สามารถมีอุณหภูมิวิกฤตได้สูงสุด 164 เคลวิน แต่อย่างไรก็ตามตัวนำยวดยิ่ง Y-Ba-Cu-O ยังคงเป็นตัวนำยวดยิ่งที่โดดเด่นและรู้จักอย่างกว้างขวางในสารกลุ่มนี้
title: ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง

text: ตัวนำยวดยิ่งชนิดมีเหล็กเป็นองค์ประกอบ () คือสารประกอบทางเคมีที่มีธาตุเหล็กเป็นองค์ประกอบ ซึ่งมีคุณสมบัติสภาพนำยวดยิ่ง ค้นพบในปี พ.ศ. 2549 โดยฮิเดโอะ โฮโซโนะ และทีมวิจัย จากสถาบันเทคโนโลยีโตเกียว ได้ทำการเตรียมสารตัวนำยวดยิ่งชนิด LaFePO และ LaFeAsO ที่เจือฟลูออรีน และวัดสมบัติทางไฟฟ้าพบว่าสารตัวนำยวดยิ่งดังกล่าวแสดงสมบัติตัวนำยวดยิ่งที่อุณหภูมิ 4 เคลวิน และ 26 เคลวิน ตามลำดับ ผลงานถูกตีพิมพ์ ในหัวข้อ "Iron-Based Layered Superconductor La[OF]FeAs (x = 0.05–0.12) with T = 26 K" ในปี พ.ศ. 2551 และในปี ค.ศ. 2008 ได้มีการค้นพบสารประกอบกลุ่มเหล็กพนิกไทด์ ( iron pnictide ) ซึ่งจากการค้นพบดังกล่าวอาจทำให้เกิดเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญ อย่างที่ทราบกันดีว่าตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงโดยส่วนใหญ่จะเป็นสารประกอบประเภทคิวเพลท ( Cuprate ) และทฤษฎีที่ใช้ในการอธิบายตัวนำยวดยิ่งอย่างทฤษฎีบีซีเอส(BCS theory) ไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์บางอย่างของตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงได้ครอบคลุม เช่น ปรากฏการณ์ไอโซโทป (Isotope effect) ซึ่งทฤษฎีบีซีเอสได้คำนวณไว้ว่า ตัวนำยวดยิ่งจะมีค่าสัมประสิทธิ์ไอโซโทป (isotope exponent) เป็น 0.5 แต่จากผลการทดลองวัดค่าสัมประสิทธิ์ไอโซโทปของตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงพบว่ามีค่าอื่น ๆ ที่นอกเหนือจากการคำนวณได้ของทฤษฎีบีซีเอสดังนั้นการค้นพบตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงที่มีเหล็กเป็นฐานจึงเป็นส่วนสำคัญที่ใช้ในการพัฒนาทฤษฎีที่ใช้ในการอธิบายตัวนำยวดยิ่งได้ดียิ่งขึ้น
ตัวนำชนิดนี้มีความน่าสนใจตรงที่ มีค่าสนามแม่เหล็กวิกฤตที่สอง (Upper critical field) ที่สูงมาก ส่งผลให้กระแสไฟฟ้าวิกฤต (Critical current) มีค่าสูงมากตามไปด้วย
title: ตัวนำยวดยิ่งชนิดมีเหล็กเป็นองค์ประกอบ

text: ปรากฏการณ์ไมสเนอร์ () เป็นปรากฏการณ์ที่น่าสนใจปรากฏการณ์หนึ่งของตัวนำยวดยิ่ง คือปรากฏการณ์ทางแม่เหล็ก ที่เรียกว่า ปรากฏการณ์ไมสเนอร์ ถ้าสารมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิวิกฤตเมื่อใส่สนามแม่เหล็กเข้าไป เส้นแรงแม่เหล็กจะสามารถทะลุผ่านสารนี้ได้ แต่ถ้าลดอุณหภูมิของสารลงจนกระทั่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต สารจะเปลี่ยนสภาพเป็นตัวนำยวดยิ่ง จากนั้นใส่สนามแม่เหล็กภายนอกเข้าไปอีกครั้งพบว่าเส้นแรงแม่เหล็กนี้ไม่สามารถทะลุผ่านเข้าไปในเนื้อของตัวนำยวดยิ่งได้ เนื่องจากสนามแม่เหล็กภายนอกทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ผิวของตัวนำยวดยิ่งและกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นทำให้เกิดสนาม แม่เหล็กต่อต้านสนามแม่เหล็กภายนอกที่ใส่เข้าไป เป็นผลให้สนามแม่เหล็กภายในตัวนำยวดยิ่งมีค่าเป็นศูนย์ และทำให้ตัวนำยวดยิ่งมีสมบัติของสารแม่เหล็กไดอาแบบสมบูรณ์ (Perfect diamagnetic)
title: ปรากฏการณ์ไมสเนอร์

text: 1. สมบัติของสารตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงจะมีลักษณะขึ้นกับทิศทางเป็นอย่างมาก คือ มี โครงสร้างของอะตอมในผลึกเป็นชั้น ๆ และการนำไฟฟ้าในแนวตั้งฉากกับแกนหลักของผลึกเกือบจะไม่มี ทำให้ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงมีโครงสร้างการนำไฟฟ้าเกือบเป็น 2 มิติ
title: วัสดุตัวนำยวดยิ่ง

text: ตัวนำยวดยิ่งแบบแม่เหล็ก (Magnetic superconductors) นี้ เป็นตัวนำยวดยิ่งที่มีสมบัติเป็นทั้งสมบัติตัวนำยวดยิ่งและสมบัติทางแม่เหล็ก ตัวนำยวดยิ่งแบบนี้สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อตัวนำยวดยิ่งถูกเจือด้วยสารเจือแบบแม่เหล็ก จะมีผลทำให้เกิดสภาพความเป็นแม่เหล็กขึ้นในโครงสร้าง แต่เนื่องจากแม่เหล็กมีผลทำลายสภาพตัวนำยวดยิ่งได้ ดังนั้นจะทำให้อุณหภูมิวิกฤตมีค่าน้อยกว่าตัวนำยวดยิ่งแบบอื่น นอกจากนี้ยังทำให้เกิดตัวนำยวดยิ่งที่ไม่มีช่องว่างพลังงานได้ (Gapless superconductor) โดยเกิดขึ้นจากการประมาณทางทฤษฎีของอะบิโคซอฟและกอร์คอฟ (Gorkov) ในปี 1961 ทั้งสองได้พิจารณาผลของการแลกเปลี่ยนสปิน (Spin-exchange) ของสารเจือแบบแม่เหล็กที่ไม่เข้มข้นแล้วพบว่ามีผลทำให้อุณหภูมิวิกฤตลดลง โดยที่ความเข้มข้นของสารเจือแบบแม่เหล็กที่เหมาะสมค่าหนึ่งจะทำให้อุณหภูมิวิกฤตลดลงจนกลายเป็นศูนย์ได้และเมื่อความเข้มของสารเจือมีค่าที่เหมาะสมอีกค่าหนึ่งจะทำให้ช่องว่างพลังงานมีค่าเป็นศูนย์ได้ด้วย
title: วัสดุตัวนำยวดยิ่ง

text: การค้นพบตัวนำยวดยิ่งในกลุ่มธาตุโลหะหายาก (Rare-earth, RE) เช่น ในปี 1975-1977 ค้นพบสภาพในยวดยิ่งในสารประกอบเชวรอลเฟส (Chevrel-phase) ใน Re Mo6X8 (X = S หรือ Se) และใน XRh4B4 (X = Y ,Th หรือ RE) ทำให้มีการศึกษาผลของการอยู่รวมกันของสภาพตัวนำยวดยิ่งกับสภาพความเป็นแม่เหล็กมากขึ้น ในสารประกอบ HoMo6S8 จะเป็นตัวนำยวดยิ่งที่ Tc1 1.8 K แต่ที่ Tc2 0.7 K สารจะกลับเป็นสภาพปกติได้อีกครั้งทำให้ได้ชื่อว่า Reentrant superconductor และมี TM ซึ่งเป็นจุดเปลี่ยนของสภาพนำยวดยิ่งกับสภาพแม่เหล็ก สำหรับตัวนำยวดยิ่ง Re Mo6X8 จะมี Tc2 TM ตัวอย่างของสารประกอบกลุ่มนี้อีกตัวคือ ErRh4B4 จากการทดลองสำหรับ ErRh4B4 และ HoMo6S8 ที่อุณหภูมิต่ำกว่า Tc2 พบว่าสารจะอยู่ในสถานะที่มีสภาพนำยวดยิ่งอยู่ร่วมกันกับสภาพแม่เหล็กเฟร์โร (Ferromagnetic) และในสารประกอบ ErMo6S8 และ SmRh4B4 พบว่ามีสภาพนำยวดยิ่งอยู่รวมกับสภาพแม่เหล็กแอนไทเฟร์โร (Antiferromagnetic)
title: วัสดุตัวนำยวดยิ่ง

text: 7. ในตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง อุณหภูมิวิกฤตจะขึ้นกับความเข้มข้นของสารเจือแบบไม่เป็นแม่เหล็ก แต่ในขณะที่ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิมอุณหภูมิวิกฤตจะขึ้นตามความเข้มข้นของสารเจือแบบแม่เหล็ก โดยอุณหภูมิวิกฤตจะไม่ขึ้นกับสารเจือแบบไม่เป็นแม่เหล็ก
title: วัสดุตัวนำยวดยิ่ง

text: สมบัติของตัวนำยวดยิ่ง หมายถึง สารที่อยู่ในสถานะนำยวดยิ่งมีสมบัติหลายประการที่แตกต่างกันจากสารที่อยู่ในสถานะนำปกติต่อไปนี้จะกล่าวถึงสมบัติเบื้องต้นของตัวนำยวดยิ่งทั้งแบบเดิมและตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง อาทิเช่น ความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ ปรากฏการณ์ไมสเนอร์ สนามแม่เหล็ก ปรากฏการณ์ไอโซโทป และความไม่ต่อเนื่องของฟลักซ์แม่เหล็ก
title: สมบัติตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง

text: ปรากฏการณ์ไมส์เนอร์เป็นปรากฏการณ์ที่นิยมใช้ในการทดสอบว่าสารมีสภาพนำยวดยิ่งซึ่งเกิดขึ้น จากการให้สนามแม่เหล็กภายนอกเข้าไปในขณะที่สารมีสภาพนำยวดยิ่ง สนามแม่เหล็กภายนอกทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ผิวของตัวนำยวดยิ่งและกระแสไฟฟ้าดังกล่าวจะสร้างสนามแม่เหล็กที่มีขนาดเท่ากันแต่มีทิศตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กที่ให้เข้าไปจึงทำให้สนามแม่เหล็กภายในของสารนั้นมีค่าเป็นศูนย์
จากปรากฏการณ์ข้างต้นจึงจัดว่าตัวนำยวดยิ่งมีคุณสมบัติเป็นสารแม่เหล็กไดอาแบบสมบูรณ์ (Perfect Diamagnetic) การค้นหาสมบัติยังคงมีอย่างต่อเนื่อง จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2498 เดเวอร์และแฟร์แบงค์ (Deaver & Fairbank. 1961) ได้ค้นพบความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติทางไฟฟ้าและสมบัติทางแม่เหล็กของตัวนำยวดยิ่งอีกประการหนึ่ง เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า ฟลักซ์แม่เหล็กแบบ ควอนไทด์เซชัน (Flux Quantization) โดยการนำตัวนำยวดยิ่งมาทำเป็นรูปวงแหวนและให้สนามแม่เหล็กเข้าไป ตัวนำยวดยิ่งมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิวิกฤต สนามแม่เหล็กจะสามารถพุ่งผ่านตัวนำยวดยิ่งได้และถ้าลดอุณหภูมิของวงแหวนให้ต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตแล้วให้สนามแม่เหล็กเข้าไปอีกครั้ง สนามแม่เหล็กดังกล่าวจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำไหลวนในวงแหวนและจะสร้างสนามแม่เหล็กพุ่งผ่านตรงช่องว่างของวงแหวน
เป็นปรากฏการณ์จากการทดลองหาความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิวิกฤต (Tc) กับมวลไอโซโทป (M) ค่าต่างๆของตัวนำยวดยิ่ง พบว่าสามารถเขียนความสัมพันธ์ได้ดังสมาการ 
title: ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง