הינך נמצא כאן

הזרם לא יעבור

בידוד-על, תופעה פיסיקלית שהתגלתה במעבדות מכון ויצמן למדע, עשוי לפתוח שדות חדשים של מחקר ויישומים
01.09.2008

 
מימין: מעוז עובדיה ופרופ' דן שחר. בידוד עלהמתח בין שני קטבים מנוגדים לחלוטין הוא יסוד מוסד בתרבות האנושית על גוניה וזרמיה השונים. היהדות מציבה את הסיטרא אחרא (הדרך האחרת) למולו של האל הטוב המוחלט, הקדוש-ברוך-הוא. בנצרות ובאיסלאם מתקיים הניגוד בדרג נמוך יותר, דרגת המשיח, נציג האל. כך, מול ישו ניצב ה"אנטי-כריסט", ומול המהדי של המוסלמים, "המונחה בידי האל", ניצב דג'אל הדומה לו בצורתו אך הפוך ממנו בתכונותיו המוסריות. ב"עליסה בארץ המראה" מתקיים עולם שהוא היפוכו המוחלט של העולםשבו אנו חיים.

ייתכן שהמבנה הדו-קוטבי הזה, החוזר על עצמו, נובע, או לפחות מושפע, מתופעות טבע. בעולמן של המולקולות אנו מכירים מולקולות זהות מבחינת הרכבן, הבנויות בכיוונים הפוכים לחלוטין, כמו שיד ימין ויד שמאל חופפות זו לזו והפוכות לחלוטין זו מזו. בעולמם של החלקיקים היסודיים, מול כל חלקיק חומר מתקיים חלקיק של אנטי-חומר השווה לו בכל, אך נושא מטען חשמלי הפוך. ובכל זאת, פרופ' דן שחר, מהמחלקה לפיסיקה של חומר מעובה במכון ויצמן למדע, הופתע כשגילה תופעה שאיש לא ראה לפניו. הוא חקר את תופעת מוליכות-העל, המתחוללת כאשר חומר מוליך חשמל (מתכת  או חומר קרמי) מקורר לטמפרטורות נמוכות מאוד, וכתוצאה מכך ההתנגדות שלו להולכת זרם חשמלי פוחתת ומגיעה לאפס, כלומר, החומר אינו מתנגד כלל לזרם חשמלי העובר דרכו. או, אם רוצים לבטא זאת באופן חיובי, החומר מאפשר זרימה מתמדת של זרם חשמלי, ללא "גביית עמלה" כלשהי. לכן, חומר כזה מכונה "מוליך-על".

מוליכי-על עשויים לשמש בין היתר להולכה של זרם גבוה למרחקים גדולים, לבניית מגנטים שמייצרים שדה מגנטי חזק במיוחד (הנחוצים, למשל, לבניית רכבות מהירות מאוד ומאיצי חלקיקים רבי עוצמה), ליצירת חישנים לשדות מגנטיים זעירים, לפיתוח רכיבים שונים במחשבים, ועוד. אבל, תופעת מוליכות-העל מתחוללת בתנאים מוגדרים של טמפרטורה וסדר, וה"הגעה" לתכונה הזאת ואיבודה צופנים תופעות שבחלקן אינן מובנות כל צורכן. לדוגמא, כאשר יוצרים מוליך-על מחומר מוליך, שהוא בעל רמת סדר נמוכה יחסית, ואז גורמים לו לאבד את תכונת מוליכות-העל (באמצעות חימום, למשל), החומר אינו חוזר למצבו המקורי (מוליך רגיל), אלא הופך למבודד. התופעה הזאת תלויה במידת אי-הסדר המקורית של החומר. היא מתחוללת רק מעבר לרמה מסוימת של אי-סדר. 
 
פרופ' שחר, תלמיד המחקר מעוז עובדיה וחברי קבוצת המחקר, בחרו "לקלקל"  את תכונת מוליכות-העל בדרך אחרת - באמצעות הפעלה של שדה מגנטי חזק. הם יצרו מוליך-על מחומר בעל רמת סדר נמוכה  אך לא כזו הגורמת למוליך-העל להפוך למבודד כתוצאה מחימום), והפעילו עליו שדה מגנטי חזק. כשבחנו את התלות של הזרם במתח, תוך כדי שינוי אטי של עוצמת השדה המגנטי והטמפרטורה, הם גילו להפתעתם, שבשילוב מסוים מאבד החומר את תכונת הולכת-העל, אבל לא הופך, לא למוליך רגיל (מצבו המקורי), ולא למבודד רגיל (התופעה המוכרת בחומרים לא מסודרים). במקום זה הם צפו, לראשונה בעולם, בחומר שאיבד לחלוטין את היכולת להוליך זרם חשמלי. במילים אחרות, הם גילו תופעה שזכתה מיד לכינוי בידוד-על, הקוטב הנגדי המוחלט לתופעת מוליכות-העל.

המדענים עדיין אינם מבינים את תופעת בידוד-העל, שהתגלתה בינתיים במספר חומרים ונצפתה במקומות נוספים בעולם. ייתכן שהיא קשורה בדרך כלשהי לעובדה ששדות מגנטיים חזקים חודרים למוליך-על ויוצרים בו מעין "מערבולות מגנטיות" המקלקלות את תכונת מוליכות-העל. מדענים מסוימים מציעים להתייחס למערבולות אלה כאל מעין חלקיקים, שבתנאים מסוימים מגיבים לזרם ביצירה של מתח רב, דבר שמשמעותו היווצרות של תכונת בידוד-העל. כך או אחרת, ברור שבשלב זה רב הנסתר על הנגלה, ועוד צפויות תגליות רבות בשדה המחקר הזה.
 
תופעת בידוד-העל מתחוללת כיום בטמפרטורות של 40 אלפיות של מעלת קלווין אחת (קרוב מאוד לאפס המוחלט). אבל מבודדי-על שיפעלו בטמפרטורת החדר - אם אכן נצליח לפתחם - יוכלו להוות פתרון לבעיית ההתחממות של רכיבים אלקטרוניים, ולאפשר ייצור של טרנזיסטורים שאינם מאבדים חשמל, וסוללות ומצברים חשמליים שיוכלו לפעול זמן רב מאוד, בהשוואה לאלה העומדים לרשותנו כיום.
 
איור

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם