สภาพนำยวดยิ่งและแกรฟีน

ทางลัด: ความแตกต่างความคล้ายคลึงกันค่าสัมประสิทธิ์การเปรียบเทียบ Jaccardการอ้างอิง

ความแตกต่างระหว่าง สภาพนำยวดยิ่งและแกรฟีน

สภาพนำยวดยิ่ง vs. แกรฟีน

แม่เหล็กกำลังลอยตัวอยู่เหนือตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง แม่เหล็กกำลังลอยตัวอยู่เหนือตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง Y123 สภาพนำยวดยิ่ง (superconductivity) เป็นปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ที่เกิดขึ้นกับวัสดุบางชนิด ณ อุณหภูมิที่ต่ำมาก จะมีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ และไม่มีสนามแม่เหล็กภายในวัสดุนั้น และเรียกสารที่มีสมบัติเช่นนี้ว่าตัวนำยวดยิ่ง (superconductor) ความต้านทานไฟฟ้าในตัวนำไฟฟ้าที่เป็นโลหะนั้นจะลดลงเมื่ออุณหภูมิลดต่ำลง อย่างไรก็ตาม ตัวนำทั่วไปอย่างเช่น ทองแดงและเงินที่ไม่บริสุทธิ์หรือมีตำหนิอื่น ๆ จะมีขีดจำกัดในการลดอุณหภูมิลง ถึงแม้อุณหภูมิจะเข้าใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ แต่ทองแดงก็ไม่สามารถมีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ได้ ในทางตรงกันข้าม ความต้านทานของตัวนำยวดยิ่งนั้นจะแสดงสภาพความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ได้โดยไม่ต้องลดอุณหภูมิให้ถึงศูนย์สัมบูรณ์ เพียงแค่ลดอุณหภูมิให้ถึงค่า ๆ หนึ่งที่เรียกว่า"อุณหภูมิวิกฤต" (Critical Temperature) ความต้านทานไฟฟ้าจะมีค่าเป็นศูนย์อย่างทันที่ทันใด กระแสไฟฟ้าจะไหลในวงจรที่มีสายไฟที่มีสภาพตัวนำยวดยิ่งอย่างไม่จำกัดโดยไม่มีการสูญเสียกำลังเลยแม้แต่น้อย ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจหนึ่งของตัวนำยวดยิ่ง คือ ปรากฏการณ์ทางแม่เหล็ก ที่เรียก ว่า ปรากฏการณ์ไมสเนอร์ โดยถ้านำก้อนของตัวนำยวดยิ่งในสถานะปกติไปวางใน สนามแม่เหล็กอ่อน ๆ และให้อุณหภูมิมากกว่าอุณหภูมิวิกฤต จะไม่มีปรากฏการณ์พิเศษอะไรเกิดขึ้น แต่ถ้านำก้อนของตัวนำยวดยิ่งในสภาพนำยวดยิ่งไปวางในสนามแม่เหล็กอ่อน ๆ และให้อุณหภูมิน้อยกว่าอุณหภูมิวิกฤตตัวนำ จะประพฤติตัวเป็นแม่เหล็กไดอาที่สมบูรณ์ จะทำให้มีสนามแม่เหล็กภายในตัวนำจะเท่ากับศูนย์ และเส้นแรงแม่เหล็กจะถูกผลักออกจากตัวนำ สภาพนำยวดยิ่งเป็นปรากฏการณ์ทางกลศาสตร์ควอนตัมเช่นเดียวกับ ferromagnetism และ atomic spectral lines ซึ่งก็ไม่ได้หมายความว่าตัวนำยวดยิ่งจะมีสภาพนำไฟฟ้าที่สมบูรณ์แบบตามแบบฉบับของฟิสิกส์ยุคเก่า ทั้งนี้ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิมนี้สามารถใช้ทฤษฎีบีซีเอส อธิบายได้ สภาพนำยวดยิ่งเกิดขึ้นกับสสารหลายชนิด รวมไปถึงธาตุที่หาง่ายอย่างดีบุกและอะลูมิเนียมหรือวัสดุมีค่าอย่างอัลลอยและสารกึ่งตัวนำที่ถูกโดปอย่างหนักบางชนิดอีกด้วย สภาพนำยวดยิ่งจะไม่เกิดขึ้นในโลหะมีค่าอย่างทองคำหรือเงินหรือสารแม่เหล็กส่วนใหญ่ ในปัจจุบันตัวนำยวดยิ่งสามารถแบ่งได้ตามสมบัติแม่เหล็กได้เป็น 2 ชนิดคือ ตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ 1 และตัวนำยวดยิ่งชนิดที่ 2 ในปี 1986 มีการค้นพบตระกูลวัสดุเซรามิค cuprate-perovskite ที่รู้จักกันดีในชื่อของ ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง (High temperature superconductor) โดยมีอุณหภูมิวิกฤตประมาณ 90 เคลวิน อย่างไรก็ตามอุณหภูมินี้ก็สูงเพียงพอที่จะนำมาใช้งานโดยหล่อเย็นด้วยไนโตรเจนเหลว (77 เคลวิน) ที่มีราคาไม่แพงมากนัก ทำให้สารชนิดนี้เป็นที่น่าสนใจและนำมาสู่การวิจัยค้นคว้าสภาพนำยวดยิ่งกันอย่างแพร่หลาย สารชนิดนี้เป็นปรากฏการณ์ใหม่ที่ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีที่มีอยู่ในปัจจุบัน. แกรฟีนเป็นโครงสร้างตารางแบบรังผึ้งหนาเพียงหนึ่งอะตอมที่ประกอบขึ้นโดยการวางตัวของอะตอมของคาร์บอนหลายๆอะตอม แกรฟีน (Graphene) หรือ กราฟีน เป็นรูปแบบหนึ่งของผลึกคาร์บอน เคียงข้างกับ เพชร, กราไฟท์, ท่อนาโนคาร์บอนและฟูลเลอรีน โดยที่ อะตอมของคาร์บอนจะเรียงตัวในรูปแบบหกเหลี่ยมรังผึ้งทั่วไป แกรฟีนสามารถอธิบายได้ว่า เป็นชั้นหนาเพียงอะตอมเดียวของแร่แกรไฟต์ที่เป็นชั้นๆ กราฟีนที่มีคุณภาพสูง มีความแข็งแรงมาก น้ำหนักเบา(แกรฟีนขนาด 1 ตารางเมตรมีน้ำหนักเพียง 0.77 มิลลิกรัมเท่านั้น) เกือบโปร่งใส และเป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดี การที่มันมีปฏิสัมพันธ์ที่ดีกับวัสดุอื่นๆ และกับแสง, และการที่โดยธรรมชาติเป็นแบบสองมิติของมัน ทำให้มันมีคุณสมบัติเฉพาะที่ไม่เหมือนใคร ในช่วงปี 2004 นักวิจัยหลายคนที่ศึกษาคาร์บอนนาโนทิวบ์ได้คุ้นเคยกันดีอยู่แล้ว กับองค์ประกอบของโครงสร้างและคุณสมบัติของแกรฟีน ซึ่งได้รับการคำนวณในหลายทศวรรษที่ผ่านมาก่อนหน้านี้ เมื่อรวมเข้ากับคุณสมบัติพิเศษและความสะดวกที่น่าแปลกใจของการแยกออกทำให้เกิดการการวิจัยของแกรฟีนเป็นไปอย่างกว้างขวาง Andre Geim และ คอนสแตนติน Novoselov แห่งมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ ชนะรางวัลโนเบลในสาขาฟิสิกส์ในปี 2010 "สำหรับการเริ่มต้นการทดลองที่เกี่ยวข้องกับวัสดุแกรฟีนสองมิติ".