สำนักราชบัณฑิตยสภา

หนึ่ งศตวรรษแห่งการพบสภาพน� ำยวดยิ่ ง The Journal of the Royal Institute of Thailand Vol. 37 No. 1 Jan.-Mar. 2012 164 เกิดอนุภาคโฟนอน แล้วอิเล็กตรอนตัวที่ ๒ รับโฟนอนตัวนั้นไป การส่ง-รับโฟนอนในลักษณะนี้จึงท� ำให้เกิด แรงดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนทั้งสองที่อยู่เป็นคู่ซึ่งมีชื่อเรียกว่า คู่คูเปอร์ (Cooper pair) แนวคิดนี้ได้รับการพัฒนาต่อโดย John Bardeen, Leon Cooper และ Robert Schrieffer แห่ง มหาวิทยาลัย Illinois ที่ Urbana Campaign ใน ค.ศ. ๑๙๕๗ ทฤษฎีนี้จึงได้รับการขนานนามสั้น ๆ ว่า ทฤษฎี BCS (จากพยัญชนะตัวแรกของนามสกุลของนักฟิสิกส์ทั้งสาม) ท� ำให้ทั้งสามได้รับรางวัลโนเบลสาขา ฟิสิกส์ประจ� ำ ค.ศ. ๑๙๗๒ และท� ำให้ Bardeen ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์เป็นครั้งที่ ๒ (ครั้งแรกได้ใน ค.ศ. ๑๙๕๖ จากการประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์) ดังนั้น ทฤษฎี BCS จึงแถลงว่า อุณหภูมิที่เกิดคู่คูเปอร์ เป็นอุณหภูมิที่ตัวน� ำธรรมดากลายเป็น ตัวน� ำยวดยิ่ง และปรากฏการณ์สภาพน� ำยวดยิ่งจะสลายเมื่อคู่คูเปอร์ทุกคู่แตกแยกเป็นอิเล็กตรอนธรรมดา ในขณะที่คู่คูเปอร์เคลื่อนที่ไปในตัวน� ำยวดยิ่ง และถูกอิทธิพลการสั่นไปมาของไอออนรบกวน คู่คู เปอร์ก็ยังครองสภาพเป็นคู่ได้เหมือนเดิม คือ มีโมเมนตัมลัพธ์เท่าเดิม แม้โมเมนตัมของอิเล็กตรอนตัวหนึ่ง ในคู่นั้นจะเพิ่ม แต่โมเมนตัมของอิเล็กตรอนอีกตัวหนึ่งในคู่จะลด ดังนั้น โมเมนตัมลัพธ์จึงไม่เปลี่ยนแปลง คู่คูเปอร์จึงเคลื่อนที่ต่อไปในทิศทางเดิมและกระแสก็จะไหลเท่าเดิม เสมือนไม่มีไอออนใด ๆ มาขวางทาง เดินของคู่คูเปอร์เลย ทฤษฎี BCS สามารถอธิบายสมบัติต่าง ๆ ของตัวน� ำยวดยิ่งชนิดต่าง ๆ ได้ดีมาก และนักเทคโนโลยี ก็ประสบความส� ำเร็จในการน� ำตัวน� ำยวดยิ่งไปสร้างแม่เหล็กที่สามารถผลิตสนามแม่เหล็กความเข้มสูงได้ เพื่อใช้ในทางการแพทย์ การคมนาคม ฯลฯ จนนักฟิสิกส์ทุกคนคิดว่า ธรรมชาติของสภาพน� ำยวดยิ่งเป็น ที่เข้าใจดีแล้ว จนกระทั่งเดือนมกราคม ค.ศ. 1986 เมื่อ Alex Müller และ George Bednorz แห่งห้องปฏิบัติการ IBM ที่เมือง Zurich ในสวิตเซอร์แลนด์ ได้พบตัวน� ำยวดยิ่งชนิดใหม่ซึ่งประกอบด้วยแลนทานัม (lanthanum) ทองแดง และออกซิเจน (copper และ oxygen) ที่ถูกเจือด้วยแบเรียม (barium) และมีอุณหภูมิวิกฤต เท่ากับ ๓๐ เคลวิน ซึ่งนับว่าค่อนข้างสูง และทฤษฎี BCS ไม่สามารถอธิบายพฤติกรรมของตัวน� ำยวดยิ่ง ชนิดใหม่นี้ได้ การค้นพบของ Müller และ Bednorz จึงเปิดศักราชของการวิจัยตัวน� ำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง (high temperature superconductor) และท� ำให้ Müller และ Bednorz ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ประจ� ำ ค.ศ. ๑๙๘๗