ตัวนำยิ่งยวด (superconductors) จัดเป็นวัสดุซึ่งมีสมบัติทางควอนตัม (วัสดุที่สามารถแสดงสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา โดยไม่สามารถอธิบายได้ด้วยหลักการทางฟิสิกส์ทั่วไป) เพราะในสภาวะปกติจะไม่แสดงสมบัติอะไรออกมาเป็นเพียงโลหะทั่วๆไป แต่ถ้าหากเราลดอุณหภูมิลงให้เข้าใกล้กับศูนย์องศาสัมบูรณ์ (-273 °C) ตัวนำยิ่งยวดจะเปลี่ยนสภาพกลายเป็นวัสดุที่มีค่าความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ กล่าวคือกระแสไฟฟ้าจะสามารถไหลผ่านได้โดยไม่มีการสูญเสียพลังงานเลย เพราะโดยปกติตัวนำไฟฟ้าที่เราใช้กันเช่น ลวดทองแดง อลูมิเนียม เงิน จะมีความต้านทานไฟฟ้าอยู่ในตัว  ซึ่งความต้านทานที่ว่านี้จะทำให้กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านสูญหายหรือสูญเสียไปบางส่วนเช่นสูญเสียในรูปของความร้อนแต่จะไม่เกิดขึ้นในตัวนำยิ่งยวด ซึ่งปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นสามารถอธิบายได้ด้วยฟิสิกส์ควอนตัมเท่านั้น

ตัวนำยิ่งยวดถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1991 โดยนักวิทยาศาสตร์พบว่าเมื่อลดอุณหภูมิของปรอทให้เย็นลงจนมีอุณหภูมิประมาณ -269 °C ความต้านทานทางไฟฟ้าของปรอทจะหมดไป กลายเป็นตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวดนับจากนั้นมา นักวิทยาศาสตร์ก็ได้คิดค้นวิจัยมาเรื่อย ๆ จนพบว่ามีโลหะอีกหลายชนิดมีสภาพเป็นตัวนำยิ่งยวดได้ เมื่อทำให้เย็นตัวลง จนถึงอุณหภูมิหนึ่งหรือต่ำกว่านั้น อย่างไรก็ตามอุณหภูมิสูงสุดที่โลหะยังคงมีสภาพเป็นตัวนำยิ่งยวดอยู่ได้คือประมาณ –255 °C  แต่ในช่วงเวลาเดียวกันนั้นก็ได้มีการตั้งสมมติฐานถึงวัสดุที่เป็นตัวนำยิ่งยวดที่สามารถคงสมบัติการนำไฟฟ้ายิ่งยวด (ความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์) ได้ที่อุณหภูมิสูง ซึ่งนั่นทำให้มันย่อมมีประสิทธิภาพมากกว่าตัวนำยิ่งยวดทั่วๆไปที่เราจำเป็นจะต้องลดอุณหภูมิมันให้ต่ำลงมากๆจึงจะสามารถใช้งานได้ แต่ ณ เวลานั้นนักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถหาทฤษฎีที่ใช้อธิบายถึงสมมติฐานที่คิดขึ้นได้ จนเมื่อไม่นานมานี้ได้มีการค้นพบว่าตัวนำยิ่งยวดที่แสดงสมบัติดังกล่าวจัดอยู่ในกลุ่มของ topological insulators (ฉนวนทอพอโลยี วัสดุที่มีสมบัติความเป็นตัวนำไฟฟ้าเฉพาะที่ผิว แต่ภายในกลับเป็นฉนวน) และได้ตั้งสมมติฐานขึ้นว่าปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นมีสาเหตุมาจากสิ่งที่เรียกว่าWeyl fermion

Fermion เป็นอนุภาคมูลฐานในแบบจำลองมาตราฐานที่มีค่าสปินเป็นเศษส่วนของจำนวนเต็ม ยกตัวอย่างเช่นเช่นอิเล็กตรอน ที่เป็นองค์ประกอบสำคัญในอะตอมของสสารโดยมีความสำคัญในการสร้างตัวนำยิ่งยวด โดย Weyl fermion เป็น fermion ที่ไม่มีมวลทำให้มีความคล้ายคลึงกันกับโฟตอน (อนุภาคของแสง) โดยได้มีการตั้งสมมติฐานว่า weyl fermion จะปรากฏอยู่ในวัสดุที่เรียกว่า Weyl-Kondo semimetal ที่เป็นวัสดุในจินตภาพที่สามารถคงสมบัติการนำไฟฟ้ายิ่งยวด (ความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์) ได้ที่อุณหภูมิสูงดังที่ได้กล่าวไปในข้างต้น ซึ่งคำว่า Kondo มาจากคำว่า Kondo effect ซึ่งเป็นพฤติกรรมทางควอนตัมที่เกิดจากอิเล็กตรอนในโลหะถูกรบกวนด้วยสนามแม่เหล็กจากสารปนเปื้อน ทำให้ตัวนำไฟฟ้าที่เป็นโลหะจะมีความต้านทานเพิ่มขึ้น จนสามารถสังเกตได้เมื่อทำการลดอุณหภูมิลงไปเรื่อยๆ

โดยในการศึกษาสมบัติ Kondo และ Weyl fermion จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจตัวนำยิ่งยวดแบบ Weyl-Kondo semimetal ได้มากยิ่งขึ้น และถ้าหากเราสามารถผลิตวัสดุดังกล่าวขึ้นมาได้จริงจะช่วยให้เราสามารถผลิตรถไฟฟ้าพลังแม่เหล็ก เครื่องเร่งอนุภาค หรือกระทั่งเครื่องยนต์ที่ใช้ตัวนำยิ่งยวดเป็นตัวกำเนิดสนามแม่เหล็กเพื่อใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องยนต์ในราคาที่ถูกลงได้ เนื่องจากเราไม่จำเป็นต้องใช้อุณหภูมิที่ต่ำมากในการใช้งานนั่นเอง

ที่มา http://www.iflscience.com/physics/new-type-of-bizarre-quantum-material-discovered/all/
เรียบเรียงโดย @MrVop