ความรู้ในสาขาวิชาวิทยาศาตร์

ลำดับตอนที่ #17 : ตัวนำยิ่งยวด Super conductors

          ซูเปอร์คอนดัคเตอร์นั้น แต่ก่อน รู้จักกันในสภาพ ของสารตัวนำ จำพวกโลหะ ซึ่งจะปล่อย ให้กระแสไฟฟ้า
ไหลผ่านโดย ไม่สูญเสียความร้อน และไม่ต้านทาน การไหลของ กระแสไฟฟ้าได้ ก็เฉพาะ เมื่อสารตัวนำ
นั้นอยู่ใน อุณหภูมิ ที่ต่ำมากๆ ชนิดที่เรียกว่า ติดลบ 273 องศาเซลเซียส หรือลบ 460 องศาฟาเรนไฮต์ หรือ
ที่ เรียกกันว่า ศูนย์องศาสัมบูรณ์ หรือ ศูนย์องศาเคลวิน ซึ่งถือกันว่า เป็นอุณหภูมิ ที่ปราศจาก ความร้อนโดยสิ้นเชิง
เมื่อสารตัวนำโลหะอยู่ในสภาพแช่แข็งที่ศูนย์องศาสัมบูรณ์นี้มันจะสูญเสียความต้านทานทางไฟฟ้าทั้งหมดและ
เกิดปรากฏการณ์"ซูเปอร์คอนดัคติวิตี้"หรือ"การนำไฟฟ้ายิ่งยวด"ซึ่งในสภาพการนำไฟฟ้าดังกล่าวนี้จะสามารถ
นำไฟฟ้าโดยไม่มีการสูญเสียพลังงานและสามารถปลดปล่อยพลังงานไฟฟ้ามหาศาลออกมาได้ซึ่งนั่นหมายถึง
ว่าหากนำซูเปอร์คอนดัคเตอร์ไปทำสายไฟฟ้าแทนลวดทองแดงก็จะนำไฟฟ้าได้ดีโดยไม่ต้องมีหม้อแปลงไฟฟ้า
ช่วยเลยหรือถ้านำไปพันมอเตอร์ก็จะได้มอเตอร์ขนาดเล็กลงกว่าที่ใช้ในปัจจุบันนี้อย่างมากทีเดียวหรือพูดง่ายๆก็คือ
ตัวนำชนิดนี้สามารถปฏิวัติโลกอิเล็กทรอนิกส์ปัจจุบันไปทั้งหมดได้เลย

ตัวนำยิ่งยวด
        ตัวนำยิ่งยวดหรือ Superconductor เป็นวัสดุที่มีประสิทธิภาพ ในการนำกระแสไฟฟ้าตรงได้ 100% เนื่องจากไม่มีการ สูญเสียพลังงานความร้อน ที่เกิดจากการต้านทาน ตัวนำยิ่งยวดที่เป็นที่รู้จักกันในปัจจุบันแบ่งเป็น ตัวนำยิ่งยวด ที่อุณหภูมิสูง และตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งทั้ง 2 ชนิดจะต้องทำให้เย็นตัวลง ถึงอุณหภูมิเฉพาะตัวที่ต่ำมาก เพื่อที่จะแสดงสมบัติของตัวนำยิ่งยวด
 
        วัสดุที่เป็นตัวนำยิ่งยวดถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1911 โดยนักฟิสิกส์ชาวดัทช์ชื่อ ไฮด์ แคมเมอร์ลิง ออนเนส เมื่อเขาสังเกตว่าปรอทถ้าเย็นตัวลงถึงอุณหภูมิของฮีเลียมเหลว (4 องศาเคลวิน) จะสูญเสียความต้านทานไฟฟ้าทั้งหมด จากนั้นในปี 1933 วอลเตอร์ ไมซเนอร์ และโรเบิร์ต ออคเซนเฟล พบว่าตัวนำยิ่งยวดสามารถผลักสนามแม่เหล็กได้ เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านแม่เหล็ก ที่เคลื่อนที่โดยตัวนำและเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น ทำให้แม่เหล็ก "ลอยตัว" ขึ้นเหนือตัวนำยิ่งยวดดังที่หลายๆ ท่านอาจเคยเห็นมาแล้วในภาพถ่าย ปรากฏการณ์นี้ จึงเรียกตามชื่อของผู้ที่ค้นพบว่า ปรากฏการณ์ไมซเนอร์
 
        ก่อนปี 1986 อุณหภูมิใช้งานเฉพาะตัว ของตัวนำยิ่งยวดที่มีอยู่ในสมัยนั้นต่ำกว่า 23 องศาเคลวิน และยังไม่มี การนำมาใช้งานมากนัก นอกจากใช้ใน Magnetic Resonance Imaging (MRI) และ Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) เนื่องจากกระบวนการ ในการทำให้ตัวนำยิ่งยวดเหล่านี้เย็นตัวลง ถึงอุณหภูมิใช้งานเฉพาะตัว เป็นกระบวนการที่มีราคาสูง เนื่องจากต้องใช้ฮีเลียมเหลว จึงยังไม่เป็นที่นิยมเท่าใดนัก แต่ในปี 1986 ดร.อเล็กซ์ มูลเลอร์ และ ดร.จอร์จ เบดนอร์ช สามารถทำให้ สารประกอบเซรามิกออกไซด์ ซึ่งปกติเป็นฉนวนไฟฟ้า มีสมบัติเป็นตัวนำยิ่งยวด ที่อุณหภูมิ 36 องศาเคลวิน (จัดเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง) ซึ่งทำให้เกิดการวิจัยและพัฒนาตัวนำยิ่งยวด ที่ทำจากสารประกอบเซรามิก ที่มีอุณหภูมิเฉพาะตัวสูงขึ้นเรื่อยๆ ทำให้มีการนำมาใช้งานเพิ่มขึ้น
 
        ในปัจจุบันมีการนำตัวนำยิ่งยวดมาใช้ในงานหลายๆ ด้าน เช่น แมกเนติก-เลฟวิเทรชันเทรน หรือรถไฟแมกเลฟ ในประเทศญี่ปุ่น ซึ่งใช้ประโยชน์จาก ปรากฏการณ์ไมซเนอร์ ทำให้รถไฟ "ลอยขึ้น" จากราง เป็นการลดแรงเสียดทาน ทำให้รถไฟวิ่งได้เร็วมาก ในทางการแพทย์ มีการนำตัวนำยิ่งยวดมาใช้ในเครื่องมือ MRI เพื่อศึกษาสิ่งที่เกิดขึ้น ภายในร่างกายมนุษย์ โดยไม่ทำให้เจ็บปวดหรือเกิดบาดแผลใดๆ นอกจากนั้นยังมี เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ทำด้วยสายไฟ ที่เป็นตัวนำยิ่งยวด ทำให้มีประสิทธิภาพสูงกว่า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ทำด้วยสายไฟทองแดง ในขณะที่มีขนาดเล็กกว่าครึ่งหนึ่ง
 
         ในขณะนี้นักวิจัยก็ยังคงพัฒนา ตัวนำยิ่งยวด ให้สามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิห้อง ในอนาคต เราอาจจะ ใช้อุปกรณ์ไฟฟ้า ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และอาจจะได้เห็นอะไรแปลกใหม่ขึ้นด้วย

          ในยุคแรก ของการ พัฒนา ตัวนำยิ่งยวด นั้น เริ่มขึ้น เมื่อนักฟิสิกส์ ชาวเนเธอแลนด์ ชื่อ ไฮค์ คาเมอร์ลิงห์ ออนเนส (Heike Kamerlingh Onnes) แห่ง มหาวิทยาลัย ลีเดน (Leiden University) ได้ค้นพบ สภาวะการนำ ไฟฟ้ายิ่งยวด ในปี ค.ศ.1911 ซึ่งเขา ได้ใช้โลหะปรอท เป็นตัวนำ โดยการแช่แข็ง ไว้ในฮีเลียมเหลว ซึ่งมีอุณหภูมิ 4.2 องศาเคลวิน (ลบ 452 องศาฟาเรนไฮต์) และได้พบว่า ปรอทที่อยู่ในสภาพแช่แข็งนี่ทำหน้าที่เป็นซูเปอร์คอนดัคเตอร์ได้
หลังจาก นั้น ออนเนส ได้พยายาม ทดลองกับ ตะกั่ว และดีบุก ก็ได้ผล เช่นเดียวกัน พอเห็น ได้ผลเช่นนี้ ออนเนส ก็ได้ทดลอง ต่อไป โดยนำโลหะ ตัวนำ เหล่านี้ มา หลอม เป็นวง เสร็จแล้ว นำไปแช่เย็น ในฮีเลี่ยมเหลว ปล่อยกระแสไฟฟ้า ลงไป จากนั้นแยกมัน ออกจากแหล่ง กำเหนิดไฟฟ้า หรือ แม่เหล็กภายนอก โดยแช่แข็ง ไว้ตลอดเวลา หนึ่งปีต่อมา มาดู ปรากฏว่า ยังมี กระแสไฟฟ้า ไหล อยู่ใน สารตัวนำยิ่งยวด วงแหวนนี้ เหมือนเดิม ซึ่งสามารถ ยืนยันได้ว่า สารตัวนำ ยิ่งยวดนี้ สามารถ นำกระแสไฟฟ้า ได้โดยไม่มี การสูญเสีย พลังงานเลย จากการ ค้นพบสาร ตัวนำยิ่งยวดนี้เอง ทำให้ ออนเนส ได้รับ รางวัลโนเบล ในปี ค.ศ.1913
        ในครั้งนั้น นอกจาก ออนเนส จะสังเกต พบการนำ กระแสไฟฟ้า อย่างยิ่งยวดแล้ว เขายัง พบด้วยว่า ตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด เหล่านี้ยัง สามารถผลิต สนามแม่เหล็ก หรือสร้าง สนามแม่เหล็ก ความเข้มสูง ออกมา ได้ด้วย โดยอาศัย เพียงขดลวด ตัวนำก็ทำให้ เกิดสนามแม่เหล็ก ได้แล้ว ทั้งนี้ ไม่จำเป็น ต้องใช้ แกนเหล็ก แต่อย่างใด ในทางทฤษฎีแล้ว เขาเชื่อว่า ขดลวด สารตัวนำยิ่งยวด นี้สามารถ ให้สนาม แม่เหล็กไฟฟ้าใน ระดับ ความเข้มสูง ตามความ ต้องการ ของเรา ได้อย่างสบาย ทีเดียว (อย่างไร ก็ตามกว่า จะมีนักวิทยาศาสตร์ สามารถสร้าง แม่เหล็ก ที่ทำจาก สารตัวนำยิ่งยวด ได้ ก็ต้อง ใช้เวลานานถึง 50ปี )
       หลังจากการค้นพบของ ออนเนส แล้วก็มีนักฟิสิกส์เป็นจำนวนมากทีเดียวที่ได้หันมาทำการวิจัยในเรื่องนี้ และพยายามที่จะเพิ่มอุณหภูมิการทำงานของสารตัวนำยิ่งยวดอีก แต่ผล ดูจะไม่กระเตื้องขึ้น เท่าไหร่ คือในปี ค.ศ.1933 นักวิทยาศาสตร์ สามารถทำให้เกิดสภาวะตัวนำยิ่งยวด ได้ที่อุณหภูมิ แค่ 10 องศา Kelvin เท่านั้น แต่อย่างไร ก็ดี แม้การเพิ่ม อุณหภูมิ ของการเกิดสภาวะ การนำไฟฟ้ายิ่งยวด จะไม่ประสบผล เป็นที่น่าพอใจ นักก็ตาม แต่เวลา ที่ใช้ใน การวิจัย ยิ่งเนิ่นนานไปก็ยิ่ง ทำให้ ได้ค้นพบ คุณสมบัติ พิเศษมากยิ่งขึ้น กล่าวคือ ในปีนี้เอง ได้มีการ ค้นพบว่าสารตัวนำยิ่งยวด บางชนิด มีคุณสมบัติทาง ไดอะแมกเนติก อย่างรุนแรง (strongly diamagnetic) ด้วย หรืออธิบายให้ฟังกันง่ายๆ ก็คือ ว่าสารตัวนำยิ่งยวดนี้ จะผลักดันสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งปรากฏการณ์นี้เขาเรียกว่า "ไมซ์สเนอร์" (Meissner effect) นักวิทยาศาสตร์ ที่ค้นพบ ปรากฏการณนี้ คือ Walter Meissner and Robert Ochsenfeld

.        ปรากฏการณ์ ดังกล่าวนี้ จะเห็นได้ชัดเจนมาก ถ้าคุณลองเอา แท่งแม่เหล็ก (แท่งเล็กๆ) ไปวางไว้ บนสารตัวนำยิ่งยวด เพราะแท่งแม่เหล็ก แท่งนั้น จะถูกยก หรือ ผลักให้ลอย ขึ้นกลางอากาศ (จากการศึกษา ในภายหลังพบว่า ปรากฏการณ์นี้ จะเกิดขึ้นเฉพาะกับสารตัวนำยิ่งยวดชนิดที่ 1 คือตัวนำจำพวกโลหะเท่านั้น แต่จะไม่เกิดกับสารตัวนำยิ่งยวดชนิดที่ 2 อันได้แก่ ตัวนำผสม ไนโอเบียม และ วานาเดียม, โลหะผสม และ สารกึ่งตัวนำ หรือ เซมิคอนดัคเตอร์) คุณสมบัตินี้แหละ ที่นำมาประยุกต์ ใช้กับงานสร้าง รถไฟฟ้ารุ่นใหม่ได้
        หลังจากปี ค.ศ. 1933 แล้ว นักวิทยาศาสตร์ ใช้เวลาอยู่ 8 ปีทีเดียวกว่าจะ เพิ่มอุณหภูมิ การใช้งาน สารตัวนำยิ่งยวด ให้สูงขึ้นได้อีก คือในปี ค.ศ.1941 สามารถ ทำให้ สภาวะการนำไฟฟ้า ได้ที่อุณหภูมิสูง 16 องศา kelvin ซึ่งที่ทำสำเร็จนี้ก็เพราะ ได้มีการเปลี่ยนจาก การใช้ธาตุเดี่ยวๆ มาเป็น โลหะผสม หรืออัลลอย ทั้งนี้โดยใช้โลหะผสมไนโอเบียม ไนไตรด์
        ต่อจากนั้นมา นักฟิสิกส์ ก็ได้พยายาม เหลือเกิน ที่จะให้อุณหภูมิ ของ ซูเปอร์คอนดัคเตอร์ สูงขึ้นอีก ซึ่งสิบปีหน ก็เพียง 23 องศาเคลวิน เท่านั้น (ลบ 250 องศาเซลเซียส) ทั้งนี้โดยใช้โลหะผสมไนโอเบียม-เจอร์มาเนียม เป็นตัวนำ
       จะเห็นได้ว่า ที่อุณหภูมิ 23 องศาเคลวิน นี้ สารทำความเย็น ที่ใช้ยังคง ใช้ฮีเลี่ยมเหลว อยู่ ซึ่งมี ความยุ่งยาก ในการ ใช้งาน และราคาแพง ถึงแกลลอน ละ 11 ดอลล่าร์ ในขณะนั้น ซึ่งเทียบ กับสารทำ ความเย็น พวก ไนโตรเจนเหลว ที่ราคาถูก กว่ามากคือ เพียง แกลลอนละ 22 เซนต์ เท่านั้น ทั้งยังซื้อ และใช้ได้ง่าย อีกด้วย โดยเพียงแต่ เทลง ถ้วยสไตโรโฟม (โฟมเนื้อละเอียด) ก็ใช้งานได้แล้ว ไม่ต้องมี ตู้เก็บความเย็น ใหญ่โต แบบฮีเลียมเหลว แต่นั่น ก็หมายความ ว่า ซูเปอร์คอนดัคเตอร์ ตัวนั้นจะต้อง มีสภาวะ การนำไฟฟ้า ยิ่งยวด ได้ที่อุณหภูมิ สูงกว่านี้ โดยต้อง ไม่น้อยกว่า จุดเดือด ของ ไนโตรเจนเหลว นั่นคือ 77 องศาเคลวิน แต่อย่างไรก็ตาม กว่าที่นักวิทยาศาสตร์ จะพัฒนาสารตัวนำยิ่งยวด ให้มีอุณหภูมิสูง ในระดับนี้ได้นั้น ก็ต้องใช้ ระยะเวลา ยาวนานกว่า หนึ่ง ทศวรรษ ทีเดียว และ ช่วงนี้เอง ที่ถือว่าเป็น ยุคที่สองของซูเปอร์คอนดัคเตอร์

        ยุคที่สองของการพัฒนาซูเปอร์คอนดัคเตอร์ เริ่มขึ้น เมื่อวันที่ 27 มกราคม ค.ศ.1986 เมื่อ คาร์ อเล็ก มูลเลอร์ และโจอันเนส จอร์จ เบดนอร์ซ นักวิจัย แห่งห้องปฏิบัติการของบริษัทอินเตอร์เนชั่นแนล บิวสิเนส แมชีน หรือที่รู้จักกันในนามของ ไอบีเอ็ม ได้ประสบความสำเร็จในการพัฒนาสร้างสารตัวนำไฟฟ้า ยิ่งยวดรุ่นใหม่ขึ้น และสามารถ ทำลายสถิติ อุณหภูมิ ที่ทำให้ เกิดการ นำไฟฟ้ายิ่งยวด ได้ คือ ทำได้สูงถึง 30 องศาเคลวิน (ลบ 406 องศาฟาเรนไฮต์)
         ความสำเร็จครั้งประวัติศาสตร์นี้ เกิดขึ้นได้เพราะนักวิจัยของไอบีเอ็มทั้งสอง ได้หันมาทดลองใช้สารเซรามิค (เมทอลลิก ออกไซด์) แทนโลหะผสมอัลลอย โดยยึด สมมติฐาน ที่ว่า เซรามิค อาจ จะเป็นตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวดได้ แม้ความจริงแล้วที่ อุณหภูมิห้อง ปกติมันจะเป็น ตัวนำไฟฟ้าที่แย่มาก และตรงกันข้าม กลับเป็นฉนวนไฟฟ้าด้วย (โดยเฉพาะในงานที่เกี่ยวข้องกับ ไฟฟ้าแรงดันสูง)
อันที่จริงแล้ว มูลเล่อร์ และเพื่อนร่วมงานของเขาได้สนใจ เรื่องเซรามิค นี้มาเป็น เวลานานกว่า 20ปีแล้ว และก็สงสัย อยู่เหมือนกันว่า ลักษณะ โครงสร้าง โมเลกุลแบบ โครงตาข่าย ของมัน อาจจะมีคุณสมบัติ ในการ นำไฟฟ้ายิ่งยวดได้ แต่กว่า จะลงมือ ศึกษา ในคุณสมบัติ การนำไฟฟ้า ของเซรามิค อย่างจริงจัง เวลาก็ล่วงเลยมาจนถึงปี ค.ศ.1986 ถึงได้มองหาสูตรผสมเซรามิค ที่มีส่วนผสมของธาตุ แบเรียม, แลนธานัม, ทองแดง และออกซิเจน สามารถใช้เป็นซูเปอร์คอนดัคเตอร์ได้
         พอขึ้นปีใหม่ ค.ศ.1986 พวกเขาต่างแปลกใจอย่างมาก เมื่อพบว่า เซรามิค สูตรดังกล่าว สามารถเกิดสภาพ การนำไฟฟ้าได้ที่ อุณหภูมิสูง ถึง 30 องศา เคลวิน และต่อจากนั้นไม่กี่สัปดาห์ ก็ทำได้สูงถึง 35 องศา เคลวิน แต่อย่างไรก็ตาม พวกเขาก็ยังไม่แน่ใจในข้อมูลที่ได้ เพราะนี่เป็นครั้งแรก ที่สามารถ ทำให้เซรามิค เป็นตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด และก็เป็นครั้งแรกที่สามารถทำลายสถิติอุณหภูมิ สูงสุดของซูเปอร์คอนดัคเตอร์ ที่เคยมีผู้ทำไว้ เมื่อ 13 ปีที่แล้ว ด้วยเหตุนี้เองพวกเขา ก็เลยได้ทำ การทดลอง ซ้ำแล้วซ้ำอีก จนกระทั่งเดือน เมษายน ปีเดียวกัน จึงได้ประกาศ ให้ชาวโลกได้รับรู้ ถึงความสำเร็จ โดยได้ตีพิมพ์ เป็นบทความ ลงในวารสาร ทางฟิสิกส์ ของเยอรมัน ชื่อ "Zeitschrift fur Physik" ซึ่งได้ถูกนำ ออกเผยแพร่ หลังจากนั้นอีก 5 เดือนต่อมา คือในราว เดือน กันยายน ค.ศ.1986
มูลเลอร์เปิดเผยว่า ความสำเร็จครั้งนี้ ทำให้เขาตื่นเต้นมาก เพราะไม่เคยนึกเลยว่า เซรามิค ที่เขาศึกษามานานนั้น จะเป็นซูเปอร์คอนดัคเตอร์ ได้ และจะว่าไปแล้ว สารตัวนำยิ่งยวด ตัวนี้ทำง่ายนิดเดียว โดยเพียงแต่นำออกไซด์ ของแลนธานัม, แบเรี่ยม และทองแดงมาบด ผสมกัน และตั้งเตาเผา ด้วยความร้อนประมาณ 1,100 องศาเซลเซียส ก็สามารถทำได้แล้ว นักเคมีฟิสิกส์ ที่ชำนาญ โดยส่วนใหญ่แล้ว จะสามารถทำ เซรามิค เหล่านี้ได้ ภายในเวลา เพียง 3 ชั่วโมง เท่านั้น
          หลังจาก ความสำเร็จของ มูลเลอร์ และเบดนอร์ซ ได้ถูกตีพิมพ์ ก็ทำให้วงการวิจัย เรื่องซูเปอร์คอนดัคเตอร์ต่างตื่นตัวกันขนานใหญ่ ทั้งใน สหรัฐ ฝรั่งเศส เยอรมนีตะวันตก อังกฤษ ไต้หวัน สหภาพโซเวียต ญี่ปุ่น หรือ จีน ต่างก็ได้หันมา ทุ่มเทเงินทอง ให้กับการวิจัยซูเปอร์คอนดัคเตอร์ ชนิดเซรามิค นี้เป็นการใหญ่
           ในเดือนธันวาคม ปีเดียวกันนั้น คณะนักฟิสิกส์ ของห้องปฏิบัติการเบลล์ ของบริษัท เอทีแอนด์ที นำโดยเบอร์แทรม แบตลอกก์ และซิลามิสต์ คาวา, ทีมนักวิจัยของ มหาวิทยาลัยโตเกียว ประเทศญี่ปุ่น โดยนายโชจิ ทานากะ และนักวิจัยของจีน ที่สถาบันฟิสิกส์ ในปักกิ่ง ก็ประกาศว่า ได้ประสบความสำเร็จ ในการ ทำให้เซรามิคสูตรเดียวกันกับของไอบีเอ็ม เกิดสภาวะซูเปอร์คอนดัคติวิตี้ ได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 39 องศา เคลวิน (ลบ 388 องศาฟาเรนไฮต์ หรือลบ 233 องศา เซลเซียส)
             ในขณะที่นักวิจัยที่ห้องปฏิบัติการ มหาวิทยาลัยฮุสตัน นำโดย พอล. ซี. ดับบลิว. จู ซึ่งได้ศึกษาเรื่อง ซูเปอร์คอนดัคเตอร์มาตั้งแต่ปี ค.ศ.1965 ก็ได้ ประกาศว่า เขาสามารถ ทำให้เซรามิค สูตรเดียวกันนี้ เป็นซูเปอร์คอนดัคเตอร์ ได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 52 องศา เคลวิน (ลบ 366 องศาฟาเรนไฮต์) เมื่อเพิ่มความดัน ให้มัน ประมาณ 10,000-12,000 เท่าของความกดดัน บรรยากาศปกติ
จูอธิบายว่า เหตุที่ความกดดันสูง ทำให้การนำไฟฟ้ายิ่งยวด เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงขึ้นนี้ ก็เพราะว่า ความดันมีผลให้โครงสร้างโมเลกุล ของสารประกอบ เซรามิคถูกบีบ ให้เล็กลง หรืออัดตัวกันแน่นเข้า ซึ่งนี่อาจจะมีผล ให้การนำไฟฟ้าของมันดีขึ้น แม้อุณหภูมิสูงขึ้น แต่อย่างไรก็ตาม ความกดดัน ที่เพิ่มให้นี้ ก็มีขีดจำกัด เพียงจุดหนึ่ง เท่านั้น ถ้าเพิ่มมากกว่านี้ จะไม่เป็นผลดี
            เมื่อเป็นเช่นนี้ จูก็เลยต้องมองหาทางใหม่ คือแทนที่จะใช้ ความกดดัน บีบโครงสร้าง โมเลกุล ก็ใช้วิธี เปลี่ยนธาตุเป็นสารประกอบเสียเลย กล่าวคือ เขาได้เปลี่ยน สทรอนเชียม มาแทนแบเรี่ยม ซึ่งมีโครงสร้างทางเคมีเหมือนกัน แต่มีโครงสร้าง ของอะตอมที่เล็กกว่า ซึ่งก็สามารถทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น อีก 2 องศา เป็น 54 องศาเคลวิน (จู ได้ยื่นขอสิทธบัตร คุ้มครองสูตร เซรามิค อันใหม่ ของเขา ในวันที่ 12 มกราคม ค.ศ.1987) พอเห็นว่า วิธีนี้ได้ผลเขาก็เลยลองเปลี่ยน เอาแคลเซียม ซึ่งมีอะตอม เล็กกว่าใส่เข้าไปอีก แต่คราวนี้ปรากฏว่า อุณหภูมิกลับต่ำลง แทนที่จะสูงขึ้น
            ดังนั้นเขาจึง หันไปเปลี่ยน ธาตุตัวอื่นแทน คือ เอา แลนธาเนียมออก และหาธาตุใหม่ใส่เข้าแทน ซึ่งนี่ก็เป็นเวลาเดียวกันกับที่ ทีมวิจัย มหาวิทยาลัยฮันต์สวิลล์ แห่งอลาบามา นำทีมโดย มอร์ เควน วู ซึ่งเคยเป็น ลูกศิษย์ ของ จู ได้เปลี่ยน เอาแลนธานัม ออกแล้ว ก็ใส่ อิตเทรียม (Ittrium:Y) เข้าไปแทน คราวนี้ปรากฏว่า สามารถ นำให้เกิดสภาพตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด ที่อุณหภูมิสูงถึง 93 องศาเคลวิน ทีเดียว ซึ่งความสำเร็จ ครั้งนี้ ได้สร้างความตื่นเต้นให้แก่ พวกเขาอย่างมาก
          ทีแรกเขาก็ไม่เชื่อว่า ข้อมูลนี้ จะถูกต้อง จึงได้ตรวจสอบใหม่ โดยร่วมกับจูผู้เป็นอาจารย์ และก็สามารถทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นเป็น 98 องศาเคลวินทีเดียว ความสำเร็จนี้เกิดขึ้นเมื่อ กุมภาพันธ์ ค.ศ.1987 และนี่ก็หมายความว่า ต่อไปนี้ จะสามารถ ใช้ไนโตรเจน เหลวเป็นสารทำความเย็นได้แล้ว
           ตัวนำไฟฟ้าโดยทั่วไป จะมีการสูญเสีย พลังงานไฟฟ้า ในรูปความร้อน เมื่อมี กระแสไฟฟ้าไหล ผ่าน อันเนื่องมาจากตัวนำไฟฟ้านั้นมีความต้านทานไฟฟ้าอยู่ในตัว สำหรับ ตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด จะไม่เกิดการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าเลย เพราะไม่มีความต้านทานไฟฟ้าอยู่ในตัวนั่นเอง จากคุณสมบัตินี้เองตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด จึงถูกนำ ไปใช้งาน อย่างกว้างขวาง กับอุปกรณ์ ที่ต้องการ กระแสไฟฟ้าสูง สภาพ การนำไฟฟ้ายิ่งยวด ในปี ค.ศ. 1911 ออนเนส (L. Onnes) หลังจากที่ พบว่า ค่าความต้านทานไฟฟ้า ของปรอท ลดลงเป็นศูนย์อย่าง ทันทีทันใดที่อุณหภูมิ 4.2 K แล้วนั้น เขายังพบว่า ค่าความต้านทาน ไฟฟ้า ยังคงเป็นศูนย์ ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 4.2K ออนเนส จึงได้ ประกาศว่า ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 4.2 K และเรียกสภาพใหม่นั้นว่า "สภาพการนำไฟฟ้ายิ่งยวด"


ผลการทดลองของออนเนส
 หลังจากการค้นพบของออนเนส ก็ได้มีการศึกษาหาสารที่เป็นตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวดเพิ่มขึ้นอีกจนถึง ปัจจุบันพบว่า ตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวดที่เป็นธาตุมี 24 ธาตุ นอกนั้นเป็นสารประกอบและอัลลอย(alloy) สารตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวดจะมีค่าอุณหภูมิวิกฤติที่แตกต่างกัน

กฎเกี่ยวกับการเกิดสภาพการนำไฟฟ้ายิ่งยวด ได้ว่า
1. สภาพการ นำไฟฟ้ายิ่งยวด จะปรากฏ ในธาตุ 2 กลุ่ม ใหญ่ๆ คือ
- กลุ่ม่ธาตุ ในหมู่หัวต่อ (transition element) และ - กลุ่มในธาตุหมู่ IIB , IIIA , IVA
2. สภาพ การนำไฟฟ้ายิ่งยวด จะไม่ปรากฏใน
- สารแม่เหล็กเฟอร์โร (ferromagnetic) , - สารแม่เหล็กแอนติเฟอร์โร (antiferromagnetic)
- สารฉนวน , สารกึ่งตัวนำ , ธาตุในหมู่ IA , IIA และ กลุ่มธาตุหายาก(rare earth element)
3. สภาพ การนำไฟฟ้ายิ่งยวด จะเกิด เมื่ออิเล็กตรอน วงนอกสุด ของอะตอม อยู่ระหว่าง 2.8 เท่านั้น

จากการ ผ่าน สนามแม่เหล็ก ไปยังตัวนำ ไฟฟ้ายิ่งยวด ออนเนส พบว่า สนามแม่เหล็ก สามารถ ทำลายสภาพ การนำไฟฟ้า ยิ่งยวด ให้กลายเป็น สภาพปกติ (normal state) ได้ค่า สนามแม่เหล็ก ที่น้อยที่สุด สามารถ ทำลาย สภาพการนำไฟฟ้า ยิ่งยวด ได้พอดี จะเรียกว่า สนามแม่เหล็กวิกฤติ (Critical magnetic field) สนามแม่เหล็กวิกฤติ จะขึ้น กับอุณหภูมิ ด้วย คือที่ อุณหภูมิวิกฤติ ค่า สนามแม่เหล็กวิกฤติ จะเป็นศูนย์ สำหรับที่ อุณหภูมิต่ำกว่า อุณหภูมิวิกฤติ ค่าสนามแม่เหล็กวิกฤติจะหาได้ จากสมการ

Hc = H0 [1-(T/Tc)2] 

Hc และ Ho แทน ค่าความเข้ม สนามแม่เหล็กวิกฤติ ที่อุณหภูมิต่ำกว่า อุณหภูมิวิกฤติ และที่ อุณหภูมิ 0 k ตามลำดับ T และ Tc แทน อุณหภูมิ ต่ำกว่า อุณหภูมิวิกฤติ และอุณหภูมิวิกฤติ ตามลำดับ ด้วยเหตุ นี้เอง ค่า สนามแม่เหล็กวิกฤติ จึงถูกใช้ เป็นตัว จำกัด กระแสไฟฟ้า ที่จะให้ ใหลผ่าน ตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด คือ กระแสไฟฟ้า สูงสุด ที่ไหลผ่าน ตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด จะต้อง ไม่ทำให้เกิด สนามแม่เหล็ก เท่ากับค่า สนามแม่เหล็กวิกฤติ ที่อุณหภูมินั้นๆ

โลหะมีค่า สนามเหล็ก และอุณหภูมิ ที่สอดคล้อง กันอยู่ไต้เส้น แผนภาพ เฟส (phase diagram) เช่น ที่จุด P โลหะนั้น จะยังคงสภาพ เป็นตัวนำไฟฟ้า ยิ่งยวด อยู่ได้ แต่ถ้า ต้องการให้ ไปสู่สภาพปกติ ก็ สามารถ ทำได้ โดย การเพิ่ม สนามแม่เหล็ก หรือเพิ่มอุณหภูมิ หรืออาจเพิ่มทั้งสอง อย่างพร้อมๆ กันก็ได้ วงแหวนแม่เหล็ก
พิจารณาโลหะ รูปวงแหวน วางอยู่ใสนามแม่เหล็ก ที่ค่าความหนาแน่นฟลักซ์ B ซึ่งเปลี่ยนแปลง ตามเวลา เป็นผลให้เกิด กระแสไฟฟ้า I ไหลวน ในวงแหวน นั้นได้ โดย จะเป็นไป ตามกฎของ เลนซ์ (lenz's law) สมการได้ว่า

-A(dB/dt) = RI + L(dI/dt)

R = ค่าความต้านทานของวงแหวน
L = ความเหนียวนำ (inductance)ของวงแหวน
A = พื้นที่หน้าตัดของวงแหวน
t = เวลา

จากสมการ ยังเป็นจริง ในกรณีที่ ไม่มีสนาม แม่เหล็กภายนอก เขียนสมการได้เป็น

0 = RI + L(dI/dt)

คำตอบสมการ จะเป็น

I = I0 exp(-Rt/L) I0 = กระแสไฟฟ้าเริ่มต้น

จากสมการ จะเห็นว่า กระแสไฟฟ้า ที่ไหลวน ในวงแหวน จะลดลงแบบ เอกโปเนนเซียล แต่ถ้าวงแหวนอยู่ใน สภาพการนำไฟฟ้า ยิ่งยวดซึ่ง ค่าความต้านทาน เป็น ศูนย์ ในสมการ เขียนได้เป็น

I = I0

จากสมการนี้ จะเห็นว่า กระแสไฟฟ้า ที่ไหลวน ในวงแหวนจะคงที่ ตลอดเวลา และเรียกกระแส ไฟฟ้านี้ ว่า กระแสไฟฟ้าคงสภาพ (persistent current) เนื่อง กระแสไฟฟ้า ที่ไหลในวงแหวน จะก่อให้เกิด สนามแม่เหล็กขึ้น ซึ่งฟลักซ์ แม่เหล็ก ที่เกิดขึ้น จะมีค่าเท่ากับ LI ในกรณี ที่มี สนามแม่เหล็ก ภายนอกด้วย ฟลักซ์แม่เหล็ก ทั้งหมด ที่ผ่านภายใน วงแหวนจะเป็น

f = AB + LI

ดิฟเฟอเรนซีเอต สมการ เทียบกับเวลาจะได้

df/dt = A(dB/dt)+ L(dl/dt)

จะได้

df/dt = -RI

เมื่อวงแหวนอยู่ในสภาพการนำไฟฟ้ายิ่งยวด สมการจะเขียนได้เป็น

df/dt = 0

นั่นคือ f = ค่าคงที่

อิทธิพลมิสส์เนอร์

       ปี ค.ศ.1933 (W. meissner) และโอเชนเฟลด์ (R. ochsenfeld) ได้ทดลองเกี่ยวกับสภาพการนำไฟฟ้ายิ่งยวด ในสนามแม่เหล็กพบว่า ตัวนำในสภาพปกติจะยอม ให้สนามแม่เหล็กผ่านเข้าไปได้ แต่ถ้าอยู่ในสภาพการนำไฟฟ้า ยิ่งยวดจะผลักสนามแม่เหล็กออกไปจึงเรียกปรากฎการณ์นี้ว่า อิทธิพลมิสส์เนอร์

        จากการทดลองของ มิสส์เนอร์ แสดงว่า ภายในตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวดจะมีสนามแม่เป็นศูนย์ ซึ่งเป็นคุณสมบัติของสารแม่เหล็กไดอา Diamagnetic จากคุณสมบัติทางแม่เหล็ก ซึ่งมีสมการเป็น

B = U0 (H + M)

M = x H

Ur = 1 + x

B = ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก

H = ความเข้มสนามแม่เหล็ก

M = สภาพแม่เหล็ก (magnetizition)

X = ค่าความอ่อนไหว (susceptibility)

U0 และ Ur = ค่าความซึมผ่าน (permeability) ของสูญญากาศและค่าความซึมผ่านสัมพัทธ์ สำหรับ ตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด จะเขียนได้เป็น

M = - H

X = - 1

mr = 0

       จากการที่ ตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด แสดงอำนาจ ไดอาแม็กเน็ท นี่เอง จึงทำให้ตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวดมีคุณสมบัติทาง ไฟฟ้า-แม่เหล็ก แตกต่างไปจาก ตัวนำธรรมดา คือพิจารณา ตัวนำธรรมดา และวงแหวน ตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด ขนาดเท่ากัน วางใน สนามแม่เหล็ก ภายใต้เงื่อนไขเดียว กันพบว่า เมื่อหยุดผ่าน สนามแม่เหล็ก เข้าไปวงแหวน ตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด จะสร้าง สนามแม่เหล็ก ขึ้นมาเอง ซึ่งเกิดจาก กระแสไฟฟ้าเหนียวนำ ที่ไหลวนในวงแหวน สำหรับวงแหวน ธรรมดาจะไม่ปรากกฎ สนามแม่เหล็ก เลย