כן, קיימים חומרים הנקראים "מבודדי על". זהו תחום מחקר חדש יחסית בפיזיקה, מאחר ומבודד העל הראשון התגלה רק בשנת 2008.
בדומה למוליכי על גם למבודדי על קיימת טמפרטורה קריטית. כאשר הטמפרטורה גבוהה מהטמפרטורה הקריטית החומר הינו מוליך רגיל אולם כאשר החומר מקורר אל מתחת לטמפרטורה זו, עובר החומר מעבר פאזה, והופך למבודד על, כלומר ההתנגדות שלו עולה להתנגדות אין סופית והוא אינו מעביר זרם כלל.
אנו יכולים לשאול מה מיוחד ב"אינו מעביר זרם כלל" כולנו יודעים שכל מבודד פשוט, חתיכת עץ, האוויר וכו' אינם מעבירים חשמל. אולם למעשה גם מבודדים אלו הינם בעלי התנגדות סופית, גבוהה מאוד אך סופית, לעומתם למבודדי העל ישנה התנגדות אין סופית. חשבו לדוגמה על בטריה פשוט שאתם מחזיקים בביתכם, אם לא תשתמשו בה, לאחר מספר חודשים (או שנים) תגלו כי היא נגמרה בכל זאת. אחת הסיבות לכך הינה שהאוויר על אף שהוא מבודד מצויין, הינו מבודד רגיל ולא מבודד על, יש לו התנגדות סופית, והסוללה מזרימה דרכו זרם קטן ביותר, קטן משאפשר לגלות כמעט, אך לאורך תקופה ארוכה ביותר הוא מרוקן את הבטריה. לעומת זאת אם היה מבודד על אשר הינו יכולים להניח את הבטריחה בתוכו, היא לעולם לא היתה נגמרת, שום זרם ולו הקטן ביותר לא היה עובר דרך מבודד העל. זוהי תופעה הפוכה לתופעה המוכרת בה מזרימים זרם בטבעת העשויוה ממוליך על וגם לאחר שנים רבות, הזרם אינו קטן.
תמונת מיקרוסקופ אלקטרוני של טיטניום-ניטראט, אשר בו נצפתה לראשונה תופעת בידוד העל. התמונה באדיבות המעבדה הלאומית ארגון.
בדומה למוליכי העל, גם מבודדי העל הופכים בחזרה למוליכים כאשר מופעלים עליהם שדות חיצוניים גבוהים במיוחד, בין אם זהו שדה מגנטי או שדה חשמלי.
אחת הנקודות המענינות הינה שלא מדובר בחומרים מיוחדים. למעשה רוב החומרים הידועים היום כמבודדי על הינם פשוט יריעות דקות של חומרים אשר בגרסה עבה יותר יהיו מוליכי על. כלומר אם ניקח חתיכה עבה של החומר ונקרר אותה היא תתנהג כמוליך על, אולם אם נחתוך ממנה רצועה דקה מאוד היא רצועה זו תיהיה מבודד על. עובדה זו מעלה אפשרויות רבות לגבי שילוב של מוליכי ומבודדי על זה לצד זה, לדוגמה יצירה של כבל מוליך על אשר יוליך זרם גבוה מאוד של חשמל, ויהיה מבודד מהסביבה על ידי רצועה דקה של אותו החומר עצמו, אשר תשמש כמבודד על.
על אף שאינטואיטיבית הדבר נשמע לנו מוזר מאוד, התיאוריה היום קובעת כי לא יתכן מבודד על בחומר שאין בו גם מוליכות על. לפי תיאוריה זו גם במבודדי העל האלקטרונים מתחברים לזוגות (זוגות קופר) אולם אם הדבר קורה ברצועה דקה מאוד של חומר, העובדה שהחומר אינו אחיד (ותמיד קימיים זיהומים בחומרים) מביאה לכך שאזורים שונים בחומר נהיים אומנם על מוליכים אולם בין אזור כזה לאחר קיימים איימים מבודדים.ניתן לחשוב על כך כעל שלוליות נפרדות. בתוך כל שלולית ניתן להזרים זרם, אולם מים לא יכולים לעבור משלולית אחת לשניה. לכן אם לא קיימת שלולית רציפה מצד אחד של רצועת החומר לצד השני, החומר יהיה מבודד על.
מאת: ירון גרוס
המחלקה לפיזיקה של חומר מעובה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
