Mis on ülijuhtiv traat?

Ülijuhtiv materjal on materjal, millel teatud väga madalal temperatuuril ei ole elektritakistust. Ülijuhtiv traat on seega ülijuhtivatest materjalidest valmistatud traadi pikkus. Kuigi enamik juhtmeid on valmistatud painduvatest metallidest, on mõned parimad ülijuhtide materjalid rabedad, mistõttu tuleb need kasutamiseks pulbrina torusse pakkida. Ülijuhtiv traat on kasulik, kuna see võimaldab suuremat voolutihedust kui traditsioonilised juhtmed. Sarnaselt teiste ülijuhtidega nõuab ülijuhtivate juhtmete toimimiseks väga madalaid temperatuure ja külmutusprotsess võib olla üsna kulukas.

Suur voolutihedus on vooluahela kujundamisel üks peamisi kaalutlusi ja väga oluline kaasaskantavate elektroonikaseadmete väikeste integreeritud kiipide kujundamisel. Voolutihedust saab lihtsalt kirjeldada kui juhtivat materjali läbiva elektrilaengu tihedust. Enamik juhtmeid eraldavad elektritakistuse tõttu eriti suure voolutiheduse korral palju soojust. Ülijuhtival traadil seevastu pole elektritakistust, seega pole liigse soojuse eraldumine probleem. Ülijuhtiv traat võib aga tekitada nii kõrge voolutiheduse taseme, et tekitab magnetvälja, millel võib olla ülijuhtivusele kahjulik mõju.

Ülijuhtivate juhtmete eduka rakendamise üks peamisi väljakutseid on vajadus äärmiselt madalate temperatuuride järele. Ülijuhtivad materjalid kaotavad oma ülijuhtivuse ja nende elektritakistus hakkab ületama teatud lävitemperatuuri, mistõttu on oluline hoida materjale sellest temperatuurist madalamal. Paljusid ülijuhtivaid traate tuleb hoida temperatuuril alla 30 kelvini (-406 °F), mis nõuab vedela heeliumi või vedela lämmastiku kasutamist. Teatud tüüpi ülijuhid, mida nimetatakse “kõrgetemperatuuriliseks ülijuhtivuseks”, võivad toimida temperatuuridel kuni 125 kelvinit (-235 °F). Selliste ülijuhtivate materjalide jahutamine, kuigi see pole siiski lihtne ülesanne, on odavam kui teiste jaoks vajalike äärmiselt madalate temperatuuride haldamine.

Kahjuks on üsna raske muuta ülijuhtivaks traadiks paljusid ülijuhte, eriti kõrge temperatuuriga ülijuhte. Paljud kõrge temperatuuriga ülijuhtivad materjalid on üsna rabedad, mistõttu ei ole nende arendamine tüüpilisteks painduvateks juhtmeteks usutav. Sageli on vaja toru täita ülijuhtiva materjali pulbrilise vormiga. Paljudel juhtudel suletakse pulber mingis vormis metalli, kuumutatakse ja surutakse laiaks lamedaks traadiks. Sellisel ülijuhtival traadil puudub traditsioonilise traadi paindlikkus, kuid see võib sellest hoolimata olla üsna kasulik.