איים בזרם

01.06.1998
אנשים, לפעמים, מדברים ופועלים סחור סחור. הם עושים זאת כשמשהו (למשל, מבוכה), מונע מהם לדבר ישירות. עכשיו מתברר שהתכונה הכל-כך אנושית הזאת היא גם מנת חלקם של זרמים חשמליים שזורמים בתנאים מסוימים דרך מוליכי-על. מוליך-על הוא חומר שזרם חשמלי יכול לעבור דרכו כמעט מבלי להיתקל בהתנגדות. הודות לתכונותיהם אלה, עשויים מוליכי-העל לשמש "דרכים מהירות" ויעילות מאוד להולכת זרם חשמלי למרחקים גדולים, וכן לפיתוחים טכנולוגיים שונים, בתחומי התעשייה והתחבורה.
 
עד כה סברו כי הזרם החשמלי עובר במוליכי-על כפי שהוא עובר במוליכים רגילים (כגון חוטי נחושת) - בקו ישר, בדרך הקצרה ביותר האפשרית בין נקודת המוצא לנקודת הסיום של "מסעו". תלמיד המחקר דן פוקס ופרופ' אלי זלדוב מהמחלקה לפיסיקה של חומר מעובה במכון, גילו שהמציאות במקרה הזה מורכבת יותר מהתסריטים שמצייר ההיגיון הפשוט.
 
פרופ' זלדוב וחברי קבוצת המחקר שהוא עומד בראשה ביצעו באחרונה סדרת ניסויים במוליכי-על בטמפרטורות גבוהות, בעלי טמפרטורה קריטית של 90 מעלות קלווין, או מינוס 183 מעלות צלסיוס (טמפרטורה קריטית היא הטמפרטורה שבה חומר מוליך חשמל הופך למוליך-על). תוצאות הניסויים האלה הראו כי בתחום רחב של טמפרטורות הזרם החשמלי אינו חוצה את מוליך-העל בדרך הקצרה. במקום זאת הוא "מעדיף" להתפלג ולזרום במסלול "עוקף" ארוך יותר, בצמוד לדפנות מוליך-העל.
 
"התנהגותו" זו של הזרם מעידה על גורם כלשהו שמפריע לזרם לצלוח את מוליך-העל לאורכו, בקו ישר ואמצעי. כדי לגלות את הגורם המסתורי הזה בנו דן פוקס ועמיתיו חישנים זעירים המסוגלים לחוש בשדות המגנטיים החלשים מאוד הפועלים בתוך מוליך-העל, והמעידים על מסלול הזרימה של הזרם החשמלי. קווי שטף מגנטיים אלה מתאפיינים במבנה דמוי איטריות ארוכות, שנעות ומתכופפות ומשנות את מיקומן ללא הרף. מדידה מדויקת מאוד של עוצמת השדות המגנטיים האלה ומיקומם העלתה שקווי השטף הממוקמים במרכז מוליך-העל נעים בקלות רבה יחסית, בהשוואה לקלות תנועתם של קווי השטף שממוקמים קרוב לדפנותיו של מוליך-העל.
 
פרופ' זלדוב אומר, שאופן תנועתם של קווי השטף המגנטיים משפיע על התנגדות החומר למעבר זרם חשמלי. כך, בהיקף מוליך-העל נוצרת התנגדות קטנה מזו שקיימת במרכזו, ובמרכז מוליך-העל נוצר, למעשה, מעין אי של התנגדות מוגברת. מכיוון שכך, הזרם החשמלי, שכאמור אימץ לעצמו כמה תכונות אנושיות, מעדיף לחפש ולמצוא לעצמו דרכים קלות יותר, שבהן יוכל להגיע למטרתו תוך התגברות על התנגדות קטנה יותר.
 
ממצאים אלה עשויים לשפר את הבנת עקרונות פעולתם של חומרים מוליכי-על, דבר שעשוי להוביל לפיתוח דרכים יעילות יותר לשימוש במוליכי-על בהתקנים אלקטרוניים עתידיים מסוגים שונים.
 
בצוות המחקר של פרופ' זלדוב השתתפו דן פוקס, ד"ר מיכאל רפפורט, ד"ר הדס שטריקמן ממכון ויצמן; וצויושי טמגאי ושואיצי אואואי מאוניברסיטת טוקיו, יפאן.
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם