تفاوت بین مواد رسانا و ابررسانا چیست؟
ابررسانایی
اَبَررسانایی پدیده‌ای است که در دماهای بسیار پایین برای برخی از مواد رخ می‌دهد. در حالت ابررسانایی مقاومت الکتریکی ماده دقیقاً صفر می‌شود و ماده خاصیت دیامغناطیس کامل پیدا می‌کند؛ یعنی میدان مغناطیسی را از درون خود طرد می‌کند. طرد میدان مغناطیسی تنها تفاوت اصلی ابررسانا با رسانای کامل است، زیرا در رسانای کامل انتظار می‌رود م میدان مغناطیسی ثابت بماند، در حالی که در ابررسانا میدان مغناطیسی همواره صفر است. مقاومت الکتریکی یک رسانای فلزی به تدریج با کاهش دما کم می‌شود. در رساناهای معمولی مثل مس و نقره، وجود ناخالصی و مشکلات دیگر این روند را کند می‌کند. به‌طوری‌که حتی در صفر مطلق هم نمونه‌های معمول مس همچنان مقاومت الکتریکی کمی دارند. در مقابل ابررساناها موادی هستند که اگر دمایشان از یک دمای بحرانی کمتر شود، ناگهان مقاومت الکتریکی خود را از دست می‌دهند. جریانی از الکتریسیته در یک حلقهٔ ابررسانا می‌تواند برای مدت نامحدودی بدون وجود مولد جریان وجود داشته باشد. مانند پدیدهٔ فرومغناطیس و خطوط طیفی اتمها، ابررسانایی نیز پدیده‌ای کوانتومی است. هر چند یک تئوری جهانشمول برای اَبَررسانایی وجود ندارد؛ و نمی‌توان آن را با فیزیک کلاسیک به مانند یک رسانای مطلوب توصیف کرد. مقاومت و رسانایی الکتریکی
. اَبَررسانایی پدیده‌ای است که در دماهای بسیار پایین برای برخی از مواد رخ می‌دهد. در حالت ابررسانایی مقاومت الکتریکی ماده صفر می‌شود و ماده خاصیت دیامغناطیسی کامل پیدا می‌کند، یعنی میدان مغناطیسی را دفع می‌کند. دفع میدان مغناطیسی تنها تفاوت اصلی ابررسانا با رسانای کامل است، زیرا رسانای کامل میدان مغناطیسی را عبور می‌دهد (آن را دفع نمی‌کند).
مقاومت و رسانایی الکتریکی
نیمه رسانا یا نیمه‌هادی عنصر یا ماده‌ای است که در حالت عادی عایق است ولی با افزودن مقداری ناخالصی قابلیت هدایت الکتریکی پیدا می‌کند. (منظور از ناخالصی عنصر یا عناصر دیگری است غیر از عنصر اصلی؛ مثلا اگر عنصر اصلی سیلیسیوم باشد ناخالصی می‌تواند آلومینیوم یا فسفر باشد). نیمه‌رساناها در لایه ظرفیت خود چهار الکترون دارند. مقاومت الکتریکی نیمه‌رساناها، چیزی بین رساناها و نارساناها است. از نیمه رساناها برای ساخت قطعاتی مانند دیود، ترانزیستور، آی سی و … استفاده می‌شود. ظهور نیمه رساناها در علم الکترونیک انقلاب عظیمی ایجاد کرده که اختراع رایانه یکی از دستاوردهای این انقلاب است. نیمه‌رساناها به دو نوع دارند در نیمه‌رسانای ذاتی تعداد حفره و الکترون برابر است، در صورتی که در نیمه‌رسانای غیر ذاتی چنین نیست. نیمه رسانای غیر ذاتی با آلاییدن نیمه‌رسانای چهار ظرفیتی با یک عنصر سه یا پنج ظرفیتی پدید می‌آید. نیمه‌رساناهای غیر ذاتی به دو دسته تقسیم می‌شوند. سیم ابررسانا
لایه‌ی ابررسانا در نسل دوم سیم‌های ابررسانا می‌تواند با تبخیر همزمان واکنشی فلزات تشکیل دهنده، عنصر کمیاب زمین ، باریم و مس رشد کند. پلیمرهای رسانا
· ویژگی‌های الکتریکی و نوری این‌گونه مواد به ساختار الکترونیکی و شیمیایی واحدهای تکراری در آن‌ها بستگی دارد. ابررسانایی
در فوریهٔ ۲۰۰۸ خانوادهٔ دیگر ابررساناهای دما بالا کشف شد. Hideo Hosono از انستیتو تکنولوژی توکیو کشف کرد که lanthanum oxygen fluorine iron arsenide (LaO1-xFxFeAs) در دمای ۲۶˚K تبدیل به ابررسانا می‌شود. بعد از مدت کوتاهی دیگران مواد دیگری از همین خانواده یافتند که در دمای ۵۵˚K به ابررسانا تبدیل می‌شوند. متخصصان امیدوارند که بررسی خانوادهٔ دیگری از ابررساناها باعث آسانتر شدن توضیح عملکرد این مواد خواهد شد. مواد فراسخت
مواد فوق سخت (superhard materials) موادی با سختی ویکرز بیشتر از 40GPa هستند. این جامدات تراکم ناپذیر، دارای تراکم الکترونی بالا و مقادیر زیاد پیوند کوالانسی هستند و به علت سختی بالای خود در صنایع مختلف ساینده، برش، دیسکترمز و پوشش‌های محافظ و مقاوم دربرابر سایش بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. الماس سختترین ماده موجود با سختی GPa 70 -150 است که به دلیل هدایت حرارتی بالا و نارسانایی الکتریکی بسیار مورد توجه قرار گرفته‌است ولی محدودیت‌هایی مثل هزینه بالا و اکسیداسیون در دمای بالای ۸۰۰ درجه سانتی گراد دارد.علاوه بر این الماس قابلیت انحلال در آهن و تشکیل کاربید آهن در دمای بالا را نیز دارد که موجب ناکارآمدی الماس در برش مواد آهنی مثل فولاد می‌شود؛ بنابراین تحقیقات اخیر در حوزه مواد فوق سخت برروی ترکیباتی متمرکز شده‌است که از نظر حرارتی و شیمیایی پایدارتر از الماس خالص باشند. تحقیقات در حوزه تولید مواد فوق سخت جدید به‌طور کلی به ۲ نگرش تقسیم می‌شود: ۱) بررسی پیوندهای کوالانسی کوتاه و جهت‌دار کربن در الماس با عناصر سبک مانند B,C،O,N. این نگرش در اواخر دهه ۱۹۸۰ با کشف C3N4 و ترکیبات سه تایی B-C-N شهرت یافت. ۲) ترکیب عناصر سبک B,C،O,N با فلزات انتقالی دارای دانسیته الکترئن‌های ظرفیت بالا که منجر به تهیه ماده‌ای با تراکم ناپذیری زیاد می‌شود. در این روش فلزات دارای مدول بالک زیاد و سختی کم با اتم‌های دارای کوالانت کوچک همراه می‌شوند. به عنوان مثال کاربید تنگستن هرچند که ماده فوق سخت محسوب نمی‌شود ولی یک نمونه صنعتی از این روش است. از طرفی بوریدهای ترکیب شده با فلزات انتقالی به زمینه مهمی در تحقیقات مواد فوق سخت تبدیل شده‌اند، که منجر به کشف موادی مثل WB4, ReB2, OsB2 شده‌است. مواد فوق سخت را می‌توان به دو گروه کلی ذاتی و غیر ذاتی تقسیم کرد: مواد ذاتی مثل الماس، نیترید بور مکعبی، نیترید کربن و ترکیبات سه‌گانه B-C-N که سختی ذاتی دارند. (سختی ناشی از ترکیب شیمیایی است) مواد غیرذاتی مثل الماس نانوکریستالین که به عنوان اگریگیت نانومیله‌های الماس شناخته می‌شود. در این دسته از مواد فوق سختی و سایر خواص مکانیکی بیشتر وابسته به ریزساختار است. نیم‌رسانا
از عناصر نیم‌رسانا می‌توان به سیلیسیوم و ژرمانیوم که پایهٔ الکترونیک هستند اشاره کرد. سیلیسیوم در حالت عادی نیم‌رسانا است و در جدول تناوبی در گروه چهار اصلی و زیر کربن قرار دارد و چهار ظرفیتی می‌باشد یعنی چهار الکترون در آخرین نوار خود دارد. حال اگر یکی از عناصر گروه مجاور را به سیلیسیوم بیافزاییم، باعث می‌شویم که سیلیسیوم قابلیت رسانایی بالاتری پیدا کند. اگر عنصر اضافه شده از گروه سوم اصلی باشد مثلاً آلومینیوم، آنگاه مادهٔ بدست آمده نیم‌رسانای نوع-p می‌شود و اگر عنصر اضافه شده از گروه پنج اصلی باشد مثلاً آرسنیک، آنگاه مادهٔ بدست آمده نیم‌رسانای نوع-n می‌شود. ژرمانیوم از این جهات مانند سیلیسیوم است ولی تفاوت‌هایی هم با آن دارد. با افزودن ۰٫۰۰۱٪ آرسنیک به ژرمانیوم رسانش آن ۱۰ هزار برابر افزایش پیدا می‌کند. الکترون
وقتی مواد تا دماهای پایین‌تر از دمای بحرانی سرد شوند، دچار تغییر فازی می‌شوند که طی آن تمامی مقاومت خود در برابر جریان الکتریکی را از دست می‌دهند. به این فرایند ابررسانایی گفته می‌شود. در نظریه بی‌سی‌اس، این رفتار توسط جفت‌الکترون‌هایی که وارد بک حالت کوانتومی به نام چگالش بوز-اینشتین می‌شوند، مدل می‌شود. این جفت‌های کوپر، از طریق ارتعاشات شبکه‌ای به نام فونون، حرکتشان را به ماده نزدیکشان مرتبط می‌سازند و بدین ترتیب از برخوردشان با اتم‌ها که منشاء معمول مقاومت الکتریکی است، جلوگیری می‌کنند. هرچند سازوکار عملکرد ابررساناهای دماهای بالا هنوز مشخص نیست. مقاومت و رسانایی الکتریکی
همه عناصر و مواد از لحاظ عبور جریان برق به سه گروه رسانا، نیمه رسانا، و نارسانا (یا عایق) طبقه‌بندی می‌شوند. معمولاً در بین عناصر شناخته شده فلزات رسانای خوب جریان الکتریکی هستند و غیر فلزات، نارسانا و در برخی مواقع نیمه رسانا هستند. عدد اتمی و چینش الکترون‌ها و پیوندهای آن‌ها نقش به سزایی در رسانای الکتریکی دارد. بنابراین در این مورد استثنائاتی هم دارد. مثلاً نافلز بروم در گروه هفدهم و دوره چهارم جدول مندلیف قرار دارد. برم نافلزی است که رسانای جریان برق است. فلزات جریان برق را از خود عبور می‌دهند. ولی نافلزات این طور نیستند. "شبه فلز" نیز یک عنوان برای طبقه‌بندی عناصر شیمیایی است و به عناصری گفته می‌شود که خواصشان میان فلز و نافلز است. تعریف معینی برای شبه فلزها وجود ندارد اما آن‌ها دارای دو مشخصه هستند: پلیمرهای رسانا
در چنین ساختارهای شبه تک بعدی معمولاً یک واپیچیدگی ساختای از اتم‌های زنجیر به چشم می‌خورد؛ در نتیجه هر اتم کربن به اتم همسایه نزدیک تر و هم‌زمان از همسایه دیگر دور می‌شود. ابررسانایی دمابالا
سرامیک‌ها نیز شامل بخش عمده‌ای از مواد غیرفلزی صنعتی هستند. مواد سرامیکی استحکام و سختی بالایی دارند. سرامیک‌ها پیش از این به عنوان مواد عایق جریان الکتریکی شناخته می‌شدند، اما اکنون می‌توانند به گونه‌ای فرآوری شوند که رسانای الکتریسیته نیز باشند. محدودهٔ وسیع مواد در این دسته شامل سرامیک‌هایی است که از مواد رسی و شیشه و سیمان تشکیل می‌شود. سرامیکها از لحاظ رفتار مکانیکی، سخت اما بسیار ترد هستند. آشکارسازهای نیمه‌رسانا
آشکارساز نیمه رسانا در "فیزیکِ تشخیصِ پرتوهای یون‌ساز" دستگاهی است که از یک نیمه رسانا (معمولاً سیلیکون یا ژرمانیوم ) برای اندازه گیری اثر ذرات باردار یا فوتون های برخوردی استفاده می کند. ابررسانایی
در سال ۱۹۶۲ اولین سیم تجاری ابررسانا از آلیاژ نیوبیم- تیتانیم (niobium-titanium) در Westinghouse تحقیق شد. در همین سال Josephson مهمترین پیش‌بینی تئوریکی را انجام داد که چنین بود: یک ابر جریان می‌تواند از بین دو قطعه ابررسانا که با یک لایه نازک ایزوله شده‌اند جاری شود. این پدیده اثر جوزفسون (effect Josephson) نام دارد که استخراج شده از دستگاه ابررساناها مثل SQUID’s می‌باشد که دقیقترین دستگاه اندازه‌گیر شار مغناطیسی کوانتوم موجود می‌باشد (h ثابت پلانک). نانو در معماری پایدار
نانو الیاف‌های کربنی،لیفچه‌هاو دیگرنانومتریال‌ها، دیوارها و بام‌هایی را برای ما می‌سازند که از کاغذهای نازک نامرئی پوشیده شده‌است و با خواص الکتریکی متنوع خود درتعامل بانانوسنسورها و کوانتومدات‌ها بر جاذبه غلبه خواهند کرد؛ نانو تراشه‌هایی که مانند یک ابررسانای کوچک، همه اطلاعات را از خود عبور می‌دهند یا در خود ذخیره می‌کنند. فناوری نانو به ما این قدرت را می‌دهد تا بتوانیم دیوارهای ضد سایش، ضد حریق و سطوح ضد انعکاس و هم چنین کف ضد لغزش اجرا کنیم. مصالحی با سختی الماس و شکل‌پذیری پلاستیک و نازکتر از یک صفحه کاغذ که مسلماً با قابلیت‌های نوین خود، معماران دیگر محدود نخواهند بود و فکر اجرای طرح، ایده آن‌ها را محدود نخواهد کرد. آشکارسازهای نیمه‌رسانا
در آشکارسازهای نیمه‌رسانا، انرژی لازم جهت تولید جفت الکترون-حفره در مقایسه با آشکارسازهای گازی بسیار کم است. در نتیجه، در آشکارسازهای نیمه‌هادی تنوع آماری ارتفاع پالس کوچکتر بوده و در نتیجه قدرت تفکیک انرژی بسیار بالاتر است. چون سرعت حرکت الکترون بسیار سریع است، رزولوشن زمانی نیز خوب بوده، و به زمان خیز وابسته است. در مقایسه با آشکارسازهای یونیزاسیون گاز، چگالی آشکارسازهای نیمه هادی بسیار بالا بوده و ذرات باردار با انرژی بالا می‌توانند انرژی خود را به یک‌نیمه هادی با ابعاد نسبتاً کوچک انتقال دهند. نیم‌رسانا
در نیم‌رسانای ذاتی تعداد حفره و الکترون برابر است، در صورتی که در نیم‌رسانای غیر ذاتی چنین نیست. نیم‌رسانای غیر ذاتی با آلاییدن نیم‌رسانای چهار ظرفیتی با یک عنصر سه یا پنج ظرفیتی پدید می‌آید. نیم‌رساناهای غیر ذاتی به دو دسته تقسیم می‌شوند. اکسید مس کلسیم بیسموت استرانسیوم
BSCCO اولین ماده (HTS (high tempeture super conductive بود که برای ساخت سیمهای ابررسانا مورد استفاده قرار گرفت. تمام HTSها دارای طول انسجام بسیار کوتاهی هستند، این طول در مرتبهٔ ۱٫۶نانومتر است. این بدان معنی است که دانه‌های موجود در سیم پلی کریستالی باید در تماس بسیار خوبی با یکدیگر باشند - باید از نظر اتمی صاف و یکدست باشند. بعلاوه، از آنجا که ابررسانایی فقط در صفحات اکسیژن مس وجود دارد، دانه‌ها باید بصورت کریستالوگرافی تراز شوند؛ بنابراین BSCCO گزینهٔ خوبی است زیرا دانه‌های آن را می‌توان هم با فرآوری مذاب و هم با تغییر شکل مکانیکی تراز کرد. لایهٔ دوگانه اکسید بیسموت فقط توسط نیروهای وان در والس ضعیف به یکدیگر متصل هستند؛ بنابراین مانند گرافیت یا میکا، تغییر شکل باعث لغزش در این صفحات BiO می‌شود و دانه‌ها تمایل به تغییر شکل به صفحات تراز شده دارند. بعلاوه، از آنجا که BSCCO با n برابر ۱و ۲ و ۳ وجود دارد، اینها به‌طور طبیعی مرزهای دانه کم زاویه را در خود جای داده‌اند، بنابراین در واقع از نظر اتمی صاف باقی می‌مانند. سیمهای نسل اول HTS (که به آنها 1G گفته می‌شود) سالهاست که توسط شرکتهایی مانند (AMSC) در ایالات متحده آمریکا و Sumitomo در ژاپن تولید می‌شوند، اگرچه AMSC اکنون تولید سیم‌های BSCCO را متوقف کرده و تولید سیم‌های ابر رسانا بر پایه YBCO را از سر گرفته(2G). رسانش گرمایی
در رسانش، بر خلاف همرفت و تابش گرمایی، گرما از درون خود جسم شارش می‌یابد. در جامدات، انتقال انرژی بر پایهٔ مدل الکترون آزاد و رسانش بر اثر ترکیب لرزش‌های مولکول‌های ساختار بلوری یا فونون صورت می‌پذیرد. در گازها و مایعات، رسانش نتیجهٔ برخورد و پخش مولکولی مولکول‌هایِ در حال حرکت تصادفی است. فوتونها عموماً با هم برخورد ندارند و جابجایی گرما بر اثر تابش الکترومغناطیسی به عنوان نوعی از رسانش گرمایی محسوب نمی‌شود. در جامدات جداییدن انتقال به وسیلهٔ فوتون‌ها از انتقال به وسیلهٔ مادهٔ پاسخ‌پذیر ساده نیست، اما در مایع‌ها درک این تفاوت ساده‌تر است و در گازها معمولاً در نظر گرفته می‌شود. ابررسانایی
در این فرمول H میدان مغناطیسی و λ عمق نفوذ لاندن است. معادلهٔ بالا که معادلهٔ لاندِن نام دارد پیش‌گویی می‌کند که جدا از میدان موجود در سطح میدان مغناطیسی در داخل ابررسانا به صورت تابع نمایی از بین می‌رود. اثر مایسنر در میدان‌های بسیار بزرگ دیده نمی‌شود. ابررسانایی
محققان امیدوارند که در آینده از ابررسانا در ساختن ترانسفورماتورها، وسایل ذخیرهٔ برق، الکتروموتورها، محدود کردن جریان اتصال کوتاه، وسایل شناور مغناطیسی استفاده کنند. اما چون ابررساناها به تغییر و حرکت میدان مغناطیسی حساسند استفاده از آن‌ها در برق جریان متناوب مثل ترانسفورماتورها بسیار سخت پیشرفت می‌کند ترجیحاً در حیطهٔ کاری جریان مستقیم می‌باشد. ابررسانایی
در ابررساناهای نوع۲ افزایش میدان و رسیدن به مقدار بحرانی Hc۱ ما را به یک وضعیت مختلط می‌رساند که در آن نفوذ شار مغناطیسی با افزایش همراه است ولی همچنان مقاومتی در برابر جریان وجود ندارد تا زمانی که میدان بیش از حد بزرگ شود در میدان بحرانی دوم Hc۲ ابررسانا از بین می‌رود. ذخیره انرژی مغناطیسی با ابررسانایی
که رسانای الکتریکی
از رساناهای الکتریکی، نقره، مس، طلا، آلومینیوم هستند. گاهی به دلیل رسانایی بالا و نیز مقاومت در برابر خوردگی، از طلا در وسایل الکترونیکی استفاده می‌شود. اینکه تصور می‌شود طلا، رسانایی بیشتری نسبت به مس دارد درست نیست؛ دلیل استفاده از طلا در وسایل الکترونیکی، مقاومت زیاد آن در برابر خوردگی و زنگ‌زدن است. ابررسانایی
گام مهم بعدی در فهم ابررسانایی در سال ۱۹۳۳ اتفاق افتاد. در این سال مایسنر و اوخنفلد دریافتند که ابررساناها میدان مغناطیسی خارجی را طرد می‌کنند؛ پدیده‌ای که امروزه اثر مایسنر نامیده می‌شود. در سال ۱۹۳۵ فریتز و هاینز لاندن نشان دادند که اثر مایسنر نتیجه‌ای از کمینه‌بودن انرژی آزاد الکترومغناطیسی حمل‌شده توسط جریان‌های ابررسانا است. آلکسی آلکسیویچ آبریکوسوف
آبریکوسوف در سال ۱۹۵۲ دریافت که چگونه شار مغناطیسی در یک ابررسانا نفوذ می‌کند. از سال ۱۹۹۲ در آزمایشگاه ملی آرگون در ایلی‌نوی در شاخهٔ علوم مواد به فعالیت پرداخت. تحقیقات او در این آزمایشگاه دربارهٔ اساس مقاومت مغناطیسی بود. ویژگی که در برخی مواد حضور دارد و به کمک میدان مغناطیسی، باعث تغییر مقاومت آن‌ها در برابر جریان الکتریسیته می‌گردد. لیدار
اجسام فلزی و براق، امواج رادار (رادیو یا مایکروویو) را بسیار خوب بازمی‌تابانند؛ ولی غیرفلزات، مثل باران و سنگ بازتاب ضعیف تر، و بعضی از اجسام ممکن است هیچ بازتاب قابل تشخیص ایجاد نکنند. به این معنی که بعضی اجسام یا ترکیبات، با امواج رادار، نامرئی و غیرقابل تشخیص هستند. این به ویژه برای اجسام بسیار کوچک درست است. نیم‌رسانای دو بعدی
نیمه رساناهای دوبعدی، دسته ای از نیم‌رسانا‌های طبیعی هستند که ضخامت آنها در مقیاس اتمی می‌باشد. اولین عضو این خانواده که در سال ۲۰۰۴ میلادی توسط آندره گایم و کنستانتین نووسلف کشف گردید، گرافین نام دارد. این ماده، ساختاری تک لایه از اتم‌های کربن است که دارای آرایش لانه زنبوری (شش ضلعی منتظم) می‌باشند. علت توجه فراوان به این مواد از اینروست که این نیم‌رساناها از اتصالات پیزوالکتریک(اثر فشاربرقی) قوی تری نسبت به مواد در حالت بالک برخوردارند که آنها را به گزینه ای مناسب جهت استفاده در اجزای نانو الکترونیک برای کاربرد در حسگرهاو اکتیویتورها تبدیل می‌کند. در این حوزه پرکاربرد در فیزیک حالت جامد، در حال حاضر بیشتر تحقیقات بر روی طراحی ادوات نانو الکترونیک با استفاده از گرافن به عنوان ماده ای رسانای الکتریکی، نیترید بور هگزاگونال (hBN) به عنوان عایق الکتریکی و دی کالکوژنیدهای فلزات انتقالی به عنوان نیم‌رسانا متمرکز است. برآرایی
برای انتشار یا تشخیص کارآمد فوتون‌ها، اغلب لازم است که این فرایندها را به لایه‌های نیم‌رسانای بسیار نازک محدود کنیم. این لایه‌های نازک که روی لایه‌های نیم‌رسانا رشد می‌کنند، لایه‌های اپتاکسیال نامیده می‌شوند زیرا تبلور آنها با لایه بستر مطابقت دارد حتی اگر ترکیب مواد متفاوت باشد - به عنوان مثال، آرسنید آلومینیوم گالیم (GaAlAs) که در بالای یک بستر آرسنید گالیوم رشد می‌کند. لایه‌های بدست آمده چیزی را تشکیل می‌دهند که ساختار ناهمگونی نامیده می‌شود. بیشتر لیزرهای نیم‌رسانا که به‌طور مداوم کار می‌کنند از ساختارهای ناهمگن تشکیل شده‌اند، یک مثال ساده متشکل از لایه‌های آرسنید گالیوم با ضخامت ۱۰۰۰ آنگستروم که بین لایه‌های تا حدودی ضخیم‌تر (حدود ۱۰۰۰۰ آنگستروم) آرسنید آلومینیوم گالیم قرار دارند - همه به صورت همبافته(epitaxial) روی یک بستر آرسنید گالیوم رشد می‌کنند. ساندویچ زدن و تکرار لایه‌های بسیار نازک یک‌نیمه هادی بین لایه‌های یک ترکیب متفاوت باعث می‌شود که بتوان شکاف باند لایه ساندویچ را اصلاح کرد. این تکنیک، مهندسی شکاف باند نامیده می‌شود، اجازه ایجاد مواد نیمه هادی با خواصی را می‌دهد که در طبیعت یافت نمی‌شوند. مهندسی شکاف باند، که به‌طور گسترده با نیم‌رساناهای مرکب III-V استفاده می‌شود، همچنین می‌تواند در نیم‌رساناهای بنیادی مانند سیلیکون و ژرمانیوم اعمال شود. ابررسانایی دمابالا
ابررساناهای جدید عموماً سرامیکی و اکسیدهای فلزی ورقه ورقه هستند که در دمای اتاق مواد نسبتاً بی‌ارزشی محسوب می‌شوند و البته کاربردهای متفاوتی نیز دارند. اکسیدهای فلزی این نوع ابررساناها در مقایسه با فلزات شامل کمی حامل بار معمولی هستند و دارای خواص انیسوتروپیک الکتریکی و مغناطیسی می‌باشند. این خواص به‌طور قابل توجهی حساس به محتوای اکسیژن می‌باشد. برای تشخیص خواص فیزیکی ذاتی، کریستال‌های یکتایی با درجهٔ خلوص بالا مورد نیاز است که فرایند ساخت پیچیده‌ای دارند. ابررسانایی
اثر مایسنر در بعضی در مقابل انتظاری که از یک رسانای الکتریکی ایده‌آل می‌رود مواقع گیج‌کننده می‌باشد. مطابق قانون لنز وقتی که تغییرات میدان بر یک رسانا اعمال می‌شود در هادی جریانی القاء می‌شود که جهت این میدان در خلاف جهت میدان به وجود آورنداش است. در رسانای ایده‌آل جریان بزرگی در هادی القاء می‌شود که نتیجه‌اش خنثی کردن میدان اصلی می‌باشد. اثر مایسنر با بحث بالا متفاوت است. فرض کنید فلزی داریم که در وضعیت عادی است و دارای میدان مغناطیسی ثابت (داخلی) است. حال آن را سرد می‌کنیم تا به دمای بحرانی برسد در این زمان ما شاهد از بین رفتن فوری میدان خواهیم بود؛ که مطابق قانون لنز چنین انتظاری نمی‌رود. مقاومت و رسانایی الکتریکی
هنگام کار با برق باید بدانیم که چه اجسامی (موادی) قابلیت انتقال جریان الکتریکی دارند و چه موادی ندارند. دسته اول را رسانا و دسته دوم را نارسانا می‌نامند. فوق سردشناسی
کشف مواد ابررسانا با دمای بحرانی بسیار بالاتر از نقطه جوش نیتروژن مایع، علاقه جدیدی به روش‌های مطمئن و کم هزینه تولید کرایوژنیک دما-بالا فراهم کرده‌است. منظور از اصطلاح «کرایوژنیک دما-بالا» دماهای بالاتر از نقطه جوش نیتروژن مایع یعنی درجه سلسیوس (۷۷٫۳۷ کلوین) می‌باشد. ابررسانایی
زمانی که یک ابررسانا در یک میدان مغناطیسی ضعیف خارجی قرار می‌گیرد. میدان فقط به مقدار ناچیز λ در داخل ابررسانا نفوذ کند که به آن عمق نفوذ لاندِن (London penetration depth) می‌گویند که با گذشت زمان این مقدار به صفر می‌رسد. به این پدیده اثر مایسنر می‌گویند و این اثر مشخصهٔ ویژهٔ ابررسانا را مشخص می‌کند. برای بیشتر ابررساناها عمق نفوذ لاندن تقریباً در حدود ۱۰nm می‌باشد. سیم ابررسانا
وانادیم-گالیم (VGa) را می‌توان با نفوذ سطحی تهیه کرد که در آن جزء دما بالا به عنوان یک جامد در عنصر دیگر که به شکل مایع یا گاز است، شناور می‌شود. هنگامی که همه‌ی اجزاء در طول نفوذ در دمای بالا در حالت جامد باقی می‌مانند به این فرآیند، فرآ برنز گفته می‌شود. نانو رس
نانورس ­ها مواد کریستالی ریز دانه ­ای هستند. یک لایه واحد ساختاری اساسی نانورس ­ها است و این لایه ­ها مستعد هستند که مانند صفحات یک کتاب، خود را بر روی یکدیگر قرار دهند. لایه ­های جداگانه از ورقه ای چهار وجهی و یا هشت­ وجهی تشکیل شده است و این آرایش از ورق ­ها نقش مهمی در تعریف و تمایز این کانی رس دارد.  در ورق چهار وجهی، چهارضلعی سیلیکون- اکسیژن با به اشتراک گذاشتن سه گوشه به چهارضلعی همسایه وصل می­شود در حالی که گوشه چهارم هر چهارضلعی بخشی از ورق هشت ­وجهی مجاور را تشکیل می­ دهد. ورقه هشت ­وجهی معمولاً از آلومینیوم یا منیزیم با همسایگی شش با اکسیژن موجود در ورق چهاروجهی و با هیدروکسیل تشکیل شده است. ورق­ ها یک لایه تشکیل می ­دهند و ممکن است چندین لایه در یک بلورک رس به هم بپیوندند. آهن‌ربای ابررسانا
آهنرباهای ابررسانا به گستردگی در دستگاه‌های ام‌آرآی و ابزارهای تشدید مغناطیسی هسته، طیف‌سنجی جرمی، فرایند جداسازی مغناطیسی و شتاب‌دهنده ذره‌ای بکار می‌روند. مواد فراسخت
اندازه‌های اتمی مشابه بور، کربن و نیتروژن و همچنین ساختارهای مشابه پلی‌مرف‌های نیترید کربن و بور، امکان سنتز فاز شبه الماس حاوی هر سه عنصر را نشان می‌دهد. همچنین می‌توان ترکیبات حاوی B-C-O , B-O-N یا B-C-O-N را تحت فشار بالا ایجاد کرد، اما سنتز آن‌ها یک فرایند شیمایی پیچیده دارد و علاوه بر این، خواص الاستیک آنها کمتر از الماس می‌باشد. از سال ۱۹۹۰، علاقه زیادی به مطالعه امکان سنتز فازهای متراکم B-C-N که از نظر حرارتی و شیمیایی پایدارتر از الماس و سخت‌تر از c-BN می‌باشند و مواد عالی برای برش‌های با سرعت بالا و پرداخت آلیاژهای آهنی هستند، ایجاد شد. این ویژگی‌ها به دلیل ساختار شبه الماس همراه با پیوندهای sp3 σ موجود در بین کربن و اتم دیگر است. پوشش‌های نازک BCxNy با استفاده از رسوب بخارات شیمیایی در سال ۱۹۷۲ سنتز شد. با این حال، داده‌های گزارش شده در مورد تلاش برای سنتز فاز متراکم B-C-N توسط نویسندگان مختلف متناقض بوده‌است. مشخص نیست که محصولات سنتز به صورت محلول جامد شبه الماس بین کربن و نیترید بور هستند یا فقط مخلوط مکانیکی از الماس پراکنده و c-BN. در سال ۲۰۱۱ ساختار شبه الماسی c-BC2N در فشار بالاتر از ۱۸ گیگاپاسکال و دمای بالاتر از ۲۲۰۰ درجه کلوین به روش انتقال فاز مستقیم حالت جامد از شبه گرافیت BN)0.48C0.52) سنتز شد. سختی ویکرز و نوپ گزارش شده مابین الماس و c-BN بود که موجب شد که ماده جدید، دومین ماده سخت شناخته شود. فازهای سه تایی B-C-N را می‌توان به روش رسانای الکتریکی
معمولی‌ترین رسانای الکتریکی، یک فلز است، چراکه الکترون‌های آزاد در پیوند فلزی دارد. رساناهای متداول، از مس تقریباً خالص با انعطاف‌پذیری کافی، یا از آلومینیوم یا آلیاژهای مخصوص ساخته می‌شوند. سطح مقطع رساناها با توجه به مقدار جریان و کاربرد، در اندازه‌های گوناگون و شکل‌های متفاوت تعیین می‌شود. لیزر آبشار کوانتومی
درون یک توده کریستال نیمه رسانا، الکترون‌ها می‌توانند دارای حالتی در یکی از دو نوار انرژی پیوسته باشند: نوار ظرفیت که الکترون‌های کم انرژی حجم زیادی از آن را اشغال کرده‌اند، و نوار رسانش که الکترون‌های پرانرژی بخش‌های پراکنده‌ای از آن را اشغال کرده‌اند. این دو نوار انرژی توسط یک نوار ممنوعه انرژی از هم جدا شده‌اند که در آن اجازه حضور هیچ حالتی از الکترون نیست. دیودهای لیزری نیمه رسانای معمول، با تابش یک فوتون در زمانی که یک الکترون پرانرژی در نوار رسانش با یک حفره در نوار ظرفیت بازترکیب می‌شود، نور تولید می‌کنند. بنابراین، انرژی فوتون و در نتیجه طول موج تابش دیود لیزری توسط نوار ممنوعه سیستم مورد استفاده تعیین می‌شود. اما QCL از مواد توده‌ای (bulk) نیمه رسانا در منطقه فعال نوری خود استفاده نمی‌کند، بلکه QCL از یک سری تناوبی لایه‌های باریک از مواد مختلف تشکیل شده که با هم تشکیل یک ابرشبکه می‌دهند. ابرشبکه سبب ایجاد یک پتانسیل الکتریکی متغیر در طول دستگاه می‌شود که بدین معناست که احتمال اشغال موقعیت‌های مختلف توسط الکترون‌ها در طول دستگاه متغیر است. به این حالت محدودسازی چاه کوانتوم چندگانه یک بعدی گفته می‌شود که سبب جدا شدن نوار انرژی‌های مجاز به تعدادی زیرنوار الکترونیک گسسته می‌شود. با طراحی مناسب ضخامت لایه‌ها، امکان آن وجود دارد که وارون سازی جمعیتی را که مورد نیاز برای تابش لیزر است، بین دو زیرنوار در سیستم مهندسی کرد. از آنجا که موقعیت سطوح انرژی در سیستم در درجه اول توسط ضخامت لایه و نه جنس ماده تعیین می‌شود، امکان آن وجود دارد که طول موج QCLها را در یک دامنه گسترده در یک سیستم ماده یکسان تنظیم کرد.  به علاوه، در دیودهای لیزری نیمه رسانا، الکترون‌ها و حفره‌ها پس از بازترکیب در نوار باندی خنثی می‌شوند و دیگر نمی‌توانند نقشی در تولید فوتون بازی کنند. اما در QCL تک قطبی، به محض اینکه یک الکترون دچار انتقال بین زیرنواری شد و فوتونی را در یک پریود ابرشبکه تابش کرد، می‌تواند به پریود بعدی ساختار تونل بزند و فوتون دیگری تابش کند. این روند که یک الکترون با پیمودن مسیر در ساختار QCL سبب تابش چندین فوتون می‌شود، وجه تسمیه‌ای برای لفظ آبشاری است و بازده کوانتومی بزرگتر از یک را امکان‌پذیر می‌سازد که موجب توان خروجی بالاتری نسبت به دیودهای لیزری نیمه رسانا می‌شود. نیم‌رسانا
نیم‌رسانا یا نیمه‌رسانا یا نیمه‌هادی عنصری است که رسانایی الکتریکی آن، چیزی بین رسانا (مانند مس) و عایق الکتریکی (مانند شیشه) باشد. مقاومت الکتریکی نیم‌رسانا برخلاف فلزات، با افزایش دما کاهش می‌یابد. رسانایی این مواد را می‌توان با افزایش دقیق و کنترل‌شده آلاینده‌ها تغییر داد، که به این فرایند، دوپینگ یا آلایش گفته می‌شود. وند
نمونه نوساخته: ابررسانا(superconductive)، ابرنواختر (ابر+نو+اختر = supernova). مقاومت و رسانایی الکتریکی
رسانايی الکتریکی به مفهوم قابلیت هدایت جریان الکتریکی در یک ماده، و یکای آن در سیستم استاندارد بین‌المللی واحدها، زیمنس است. در بعضی از مواد، انتقال بار الکتریکی از نقطه ای از ماده به نقطه دیگر آن به آسانی صورت می‌گیرد و در بعضی چنین نیست. به عنوان مثال اگر سر یک سیم مسی را به میلهٔ نایلونی باردار و سر دیگر آن را به یک گلوله چوب‌پنبه‌ای که در ابتدا بدون بار است، وصل کنیم، با نزدیک کردن اجسام باردار دیگر، معلوم می‌شود که گلوله باردار شده‌است؛ بنابراین سیم مسی که در آن انتقال بار صورت می‌گیرد، رسانا است.هر رسانای الکتریکی در برابر جریان الکتریکی از خود مقاومتی نشان میدهند.مقاوت برخی از رسانا ها از رسانا های دیگر بیشتر است. الکترون
در هر دمای دلخواه، هر ماده‌ای میزان خاصی از رسانایی الکتریکی دارد که مقدار جریان الکتریکی را در زمانی که پتانسیل برقرار شود، تعیین می‌کند. نمونه رساناهای خوب فلزاتی مانند مس و طلا هستند، در حالیکه شیشه و تفلون رساناهای ضعیفی هستند. در مواد دی‌الکتریک، الکترون‌ها مقید به اتم‌هایشان باقی می‌مانند و ماده به عنوان عایق عمل می‌کند. بیشتر نیم‌رسانا (نیمه‌هادی)ها سطح متغیری از رسانایی بین رسانای کامل و عایق الکتریکی دارند. از سوی دیگر فلزات یک ساختار نوار الکترونیکی دارند که عبارت است از نوارهای الکترونیکی نیمه‌پر. وجود چنین نوارهایی به الکترون‌ها اجازه می‌دهد که به گونه‌ای رفتار کنند که گویا "الکترون آزاد" یا الکترون نامتمرکز هستند. این الکترون‌ها با اتم خاصی مرتبط نیستند، در نتیجه وقتی یک میدان الکتریکی اعمال می‌شود آزاد هستند که مانند یک گاز (گاز فرمی) در درون ماده حرکت کنند. ابررسانایی دمابالا
این سرامیک در دمای بسیار بالاتری از صفر مطلق در حدود ۷۰ تا ۸۰ کلوین خاصیت ابررسانایی از خود بروز می‌دهد. البته امروزه ابررساناهای سرامیکی ساخته شده‌اند که تا بیش از ۲۰۰ کلوین (منفی ۶۰ درجه سانتیگراد) از خود خاصیت ابررسانایی نشان می‌دهند. امروزه گروه‌های مختلفی از سرتاسر جهان به دنبال این هستند که بالاخره ماده‌ای را کشف کنند که بتواند در دمای معمولی (۳۰۰ کلوین) هم از خود خاصیت ابررسانایی نشان دهد. غلاف کربن
قطر غلاف‌های کربنی گستره از ۱ تا ۵۰ نانومتر را شامل می‌شود. طیف گسترده و مختلف اندازه فولرن‌ها و ساختارهای گوناگون نانولوله‌ها ترکیبات گوناگونی ایجاد می‌کند و می‌تواند سبب ایجاد خاصیت هدایت الکتریکی متفاوتی برای غلاف کربنی بسته به جهت زاویه‌گیری و میزان چرخش آن شود. به عنوان مثال، C @ (۱۰٬۱۰) یک ابررسانه خوب است و غلافC @ (۱۷٬۰) یک نیمه رسانا است و نوار ممنوعه محاسبه شده برای C @ (۱۷٬۰) برابر با ۰٫۱ ولت است. تحقیقات در مورد پتانسیل آن‌ها به عنوان نیمه رسانا همچنان ادامه دارد. اگرچه هر کدام چه فولراید آلایش شده و چه رشته‌های SWNT ابررسانا هستند، اما متأسفانه دمای بحرانی برای رسیدن به فاز ابررسانایی در این مواد کم است. این امید وجود دارد که نانو-غلاف‌های کربنی بتوانند در دمای اتاق نیز خاصیت ابررسانایی داشته باشند. آهن‌ربای ابررسانا
بیشتر ابررساناها از نیوبیوم-تیتانیم ساخته شده‌اند. این ماده دمای بحرانی ۱۰ کلوین دارد و می‌تواند تا ۱۵ تسلا ابررسانا بماند. آهنرباهای گرانتر از نیوبیم-قلع ساخته شده‌اند. دمای بحرانی این ابررسانا ۱۸ کلوین است و در دمای ۴٫۲ کلوین می‌توانند شدت میدان بسیار قوی تری را نسبت به دیگر ابررساناها پدید آورند (۲۵ تا ۳۰ تسلا). رشته‌ای کردن این ماده کمی دشوار است به همین دلیل گاهی آمیخته‌ای از نیوبیم و قلع برای بخش‌های میدان بالا و نیوبیم و تیتانیم برای میدان پایین بکار می‌رود. وانادیم-گالیم یک گونهٔ دیگر از مواد سازنده برای ساخت میدان‌های بالا است. سوپر پلاستیک
ریز ساختار نیز نقش بسزائی در شکل‌گیری فرایند سوپر پلاستیسیته دارد بدین صورت که این فرایند بر روی فلزاتی با دانه‌های ریز و هم محور قابل انجام است. به علاوه زیرساختار باید دارای مقاومت بالایی در برابر رشد اندازه دانه‌ها باشد تا در دمای بالا این فرایند و هم‌زمان با آن ساختار ریزدانه مورد نظر از بین نرود. از این رو علاوه بر فلزات تک فاز ریزدانه عملیات سوپر پلاستیک بر روی فلزات و آلیاژهای دو فاز با مقاومت بالا در برابر رشد دانه نیز قابل انجام است. ساختار سوپر پلاستیک‌ها دارای حساسیت بالا نسبت به نرخ کرنش در حین تغییر شکل کششی هستند. سوپر پلاستیک‌ها معمولاً در مواد با نرخ تنش کم از ۰.۰۰۱ تا ۰.۰۰۰۰۱ رخ ی دهد، اما در تحقیقات اخیر گزارش شده که تغییر شکل‌های زیاد در موادی با نرخ تنش بزرگتر از ۰.۰۱ هم رخ داده که بیشتر این مواد آلیاژهای فلزی بودند. مکانیزم میکروسکوپی تغییر شکل در مواد سوپر پلاستیک هنوز به‌طور کامل درک نشده‌است. از زمان مشاهدات اولیه پیرسون تا امروز مدل‌های بسیاری برای سوپر پلاستیک‌ها ارائه شده‌است؛ که اصلی‌ترین آن‌ها لغزش مرز دانه و جریان‌های نفوذی است، از میان این دو نیز بیشترین مکانیزمی که مورد تأیید قرار گرفته‌است لغزش مرز دانه یا (GBS)است. GBS با فرض اینکه لغزش‌ها با حرکت نابجایی‌ها رخ می‌دهد مدلسازی شده‌است. این مدل‌ها می‌توانند اندازه دانه، دماو روند نرخ کرنشی را که منجر به شکل‌گیری سوپر پلاستیسیته می‌شوند تخمین بزنند که این موضوع در روش‌های مهندسی مورد اهمیت است. به راستی شکل‌دهی سوپر پلاستیک آلیاژهای آلومینیوم، تیتانیوم و آلیاژهای پایه نیکل دمای بالا به صورت یکنواخت در صنعت انجام می‌پذیرد. یک مشکل بزرگ این فرایند نرخهای کرنش پایین در تولید است که منجر به بالا رفتن هزینه‌ها می‌شود. در سوپر پلاستیسیته هزینه‌های مربوط به انرژی کاهش پیدا کرده ولی نرخ کرنش و تولید نیز کم می‌شود. سیم ابررسانا
سیم‌ها، نوارها،و کابل‌های ابررسانا غالباً دو ویژگی کلیدی دارند: لوله گرمایی
لوله گرمایی یا لوله حرارتی وسیله‌ای برای انتقال حرارت است که بر مبنای اصول هدایت حرارتی و تغییرات فازی سیالات طراحی شده‌است و انتقال حرارت بین دو منطقه سرد و گرم را به بهترین و مهندسی‌شده‌ترین شکل با بیشترین بهره‌وری ممکن می‌سازد. لولهٔ حرارتی وسیله‌ای است که می‌تواند مقادیر بزرگی از گرما را با اختلاف دمای اندک به سرعت میان منبع گرم و منبع سرد انتقال دهد. شاید به همین جهت از لولهٔ حرارتی به عنوان ابررسانا یاد می‌شود. بازدهی بالای آن‌ها در انتقال حرارت برجسته است، به‌طوری‌که یک لولهٔ حرارتی با جدارهٔ مسی از لولهٔ تو پر مسی با همان ابعاد بسیار پر بازده تر است. ابررسانایی
از تاریخ اکتبر ۲۰۰۷ بالاترین دمای ابررسانایی مربوط به ماده‌ای مرکب از تالیوم، جیوه، مس، باریم، کلسیم، اکسیژن با دمای بحرانی Tc=۱۳۸˚K می‌باشد. رسانش گرمایی
در انتقال گرما، رسانش، رسانش گرما یا رسانش گرمایی  حالتی از جابجایی انرژی درون یا بین بدنهٔ اجسام است که بر اثر گرادیان دما رخ می‌دهد. رسانش به معنای انتقال انرژی جنبشی ذرات مادهٔ پاسخ‌پذیر است. رسانش در همهٔ شکل‌های مادهٔ پاسخ‌پذیر صورت می‌گیرد، یعنی در جامدها، مایعها، گازها و پلاسماها. گرما خودبه‌خود تمایل دارد از جسمی با دمای بیشتر به جسمی با دمای کمتر شارش یابد. در نبود شارهای محرک، تغییرات دما در طول زمان به تعادل گرمایی میل است ابررسانایی دمابالا
همان‌طور که از ظاهر امر برمی‌آید، خاصیت ابررسانایی در سرامیک‌ها و فلزات، سرشتی متفاوت دارند. سرامیک‌ها، نارسانا هستند و سپس به ابررسانا تبدیل می‌شوند. در حالی که فلزات رسانا هستند و ناگهان مقاومت در آن‌ها صفر می‌شود. دمای گذار به ابررسانایی هم در فلزات بسیار پایین‌تر از سرامیک‌ها است. به این ترتیب نظریه BCS دیگر قادر به توضیح ماهیت ابررسانایی در سرامیک‌ها یا ابررساناهای دمای بالا (High TC) نیستند. دانشمندان تاکنون نظریه‌ای رضایت بخش برای توضیح این پدیده نیافته‌اند و این مسئله یکی از مهم‌ترین مسائل حل نشدهٔ تاریخ فیزیک است. پلیمرهای رسانا
همان‌طور که گفته شد، جریان الکتریسیته بی‌شک ناشی ازحرکت آزاد الکترون هاست. در جامدهایی که دارای شبکه ای گسترده از پیوندهای اتمی هستند، الکترون‌ها درون و میان حالت‌های مجزای انرژی، که نوار انرژی نامگذاری می‌شود، حرکت می‌کنند. هر نوار انرژی ظرفیتی معین برای الکترون‌ها دارد و می‌تواند خالی هم باشد. برای انتقال جریان الزاماً نباید نوار انرژی کاملاً پُر یا خالی باشد. در فلزات نوارهای انرژی کاملاً پُرشده نیستند؛ به این دلیل الکترون‌های موجود در آن‌ها تحرک و آزادی کافی برای رسانش الکتریکی دارند. نوار انرژی در اجسام عایق و نیم‌رسانا کاملاً پُر یا کاملاً خالی است. بالاترین نوار که الکترون اشغال کرده نوار والانس (VB) و پایین‌ترین نوار خالی که در بالای آن است نوار رسانایی (CB) نامگذاری می‌شود که با ویژگی‌های الکتریکی ذاتی (حقیقی) مواد محاسبه می‌شود. هیدروکسیدهای دولایه‌ای
رس، یک خاک طبیعی، قدیمی و فراوان با اندازه ذرات کمتر از ۴ میکرومتر برروی زمین است. خاک رس معمولاً حاوی مواد آلی و مواد معدنی فیلوسیلیکاتی است. خاک رس به دلیل ظرفیت بالای نگهداری آب، سمیت کم، قابلیت درج کردن و تخلخل بالا در زمینه‌های زیادی از جمله پزشکی، مصالح ساختمانی و غیر استفاده می‌شود. با توجه به نوع بار، رس می‌تواند به دو نوع تقسیم شود:۱) رس‌های کاتیونی که لایه بیرونی دارای بار منفی به همراه با کاتیون‌هایی در فضای بین لایه‌ای هستند مانند مونت موریلونیت و ۲) رس‌های آنیونی که بر خلاف رس‌های کاتیونی هستند و لایه بیرونی دارای بار مثبت به همراه آنیون‌هایی در فضای بین لایه‌ای می‌باشند مانند هیدروکسیدهای دو لایه‌ای. تراز انرژی
برای اجسام رسانا بین تراز ظرفیت و تراز هدایت شکافی وجود ندارد، و این ترازها روی هم منطبق شده و دارای باند مشترک می‌باشند. یعنی یک رسانا حتی در صفر درجه کلوین نیز دارای الکترون در باند هدایت است؛ بنابراین در دمای اتاق تعداد الکترون‌های آزاد برای برقراری جریان یا حرکت بارها بیش از حد مورد نیاز موجود می‌باشد. ابررساناهای نامتعارف
نخستین ابررسانای موج-دی نامتعارف، یعنی CeCuSi نوعی فلز فرمیون سنگین است که در سال ۱۹۷۸ توسط فرانک استگلیچ کشف شد. در اوایل دهه هشتاد، ابررساناهای فرمیون سنگین بسیار بیشتری از جمله UBe و UPt و URuSi کشف شدند. در هریک از این مواد، ماهیت ناهمسانگرد جفت‌شدن از وابستگی نرخ ریلکسیشن رزونانس مغناطیسی هسته‌ای و ظرفیت گرمایی مشخص در دما، قابل نتیجه‌گیری است. وجود گره‌ها در شکاف ابررسانش UPtدر سال ۱۹۸۶ با استفاده از وابستگی قطبش به تضعیف اولتراساوند تایید شد. رسانای الکتریکی
رسانای الکتریکی به هر ماده‌ای که جریان الکتریکی را به خوبی از خود عبور دهد گفته می‌شود. علت اصلی رسانا بودن برخی مواد این است که الکترون‌های آن‌ها می‌توانند به راحتی از اتم خارج شوند و به حرکت دربیایند. یک سیم فلزی، یک رسانای الکتریکی است. (در رساناهای مایع مانند آب نمک، یون‌ها هستند که حرکت می‌کنند). رسانایی الکتریکی مواد مختلف با هم متفاوت است. ریزسیال بر پایه کاغذ
رسوب فلزات و پلیمرهای رسانا در سراسر شبکه‌های سه بعدی الیاف سلولزی که شامل کاغذ هستند، امکان‌پذیر است. چنین تکنیکهایی قابلیت مرطوب بودن کاغذ را حفظ می‌کنند و به همین جهت این برای استفاده برای ریز سیال‌ها مناسب می‌ماند، در همین حال شبکه‌های رسانا را نیز برای انتقال بار الکترونیکی فراهم می‌کند. خواص مواد کاغذ (سطح بالا، مرطوب شوندگی، قابلیت انعطاف‌پذیری و کم هزینه)، با خصوصیات الکترونیکی فلزات، ایجاد بستری ایده‌آل برای باتری‌ها، الکترونیک‌های انعطاف‌پذیر و سنجش الکتروشیمیایی می‌کنند. دستگاه ذخیره‌سازی داده
ابزار ذخیره‌سازی الکترونیکی برای ذخیره‌سازی و بازیابی اطلاعات به انرژی الکتریکی نیازمند است. داده‌های الکترومغناطیس ممکن است حاوی فرمت داده آنالوگ یا داده دیجیتال در همهٔ رسانه‌ها باشد. این نوع اطلاعات به عنوان داده‌های قابل خواندن برای ماشین در نظر گرفته می‌شوند؛ که به صورت الکترونیکی در یک دستگاه نیمه رسانا ذخیره می‌شوند. بیشتر رسانه‌های ذخیره‌ و پردازش‌شده الکترونیکی (از جمله برخی از شکل‌های ذخیره‌سازی داده رایانه) به عنوان فضای ذخیره‌سازی ثابت ( حافظه غیرفرار) در نظر گرفته می‌شوند، که یعنی داده‌ها در زمانی که تغذیه از دستگاه جدا شده‌است، باقی می‌مانند. به‌طور مخالف، بیشتر اطلاعات پردازش‌شده در بسیاری از انواع مدار‌های مجتمع نیمه‌رسانا (تراشه‌های رایانه‌ای) حافظه فرار هستند؛ یعنی در صورت نبود تغذیه از بین می‌روند. نیم‌رسانای آلی
نیم رسانا یا نیمه هادی عنصر یا ماده‌ای است که در حالت عادی عایق باشد ولی با افزودن مقداری ناخالصی قابلیت هدایت الکتریکی پیدا کند (منظور از ناخالصی عنصر یا عناصر دیگری غیر از عنصر اصلی یا پایه است) میزان مقاومت الکتریکی نیم رساناها بین رساناها و نارساناها می‌باشد. انواع نیم رساناها: ۱. نیمه رسانای ذاتی (خالص): گیرنده الکترون آزاد ۲. نیمه رسانای غیرذاتی (دارای ناخالصی): دارنده (دهنده) الکترون آزاد ابرشارگی
در اینجا ηn ویسکوزیته ماده عادی و Z فاکتوری هندسی و حجم جریان است. جریان عادی توسط یک ابر شاره که از انتهای سرد به گرم می‌رود، متعادل می‌شود. در قسمت انتهایی یک تبدیل عادی به ابر شاره اتفاق می‌افتد و برعکس؛ بنابراین گرما توسط نه رسانش بلکه با همرفت منتقل می‌شود. این نوع انتقال دما بسیار مؤثر است بنابراین رسانش گرمایی این ماده خیلی بهتر از بهترین مواد است. شرایط قابل مقایسه با لوله‌های حرارتی که حرارت توسط تبدیل گاز به مایع انتقال می‌یابد. هدایت حرارتی بالایHe-IIبرای تثبیت آهن‌رباهای ابررسانا استفاده می‌شود. مانند همان‌هایی که در CERN استفاده می‌شود. ابررسانایی
ابررساناهای دمای پایین امروزه در ساخت آهنرباهای ویژه طیف‌سنجهای رزونانس مغناطیسی هسته، آنژیوگرافی تشدید مغناطیسی برای مقاصد تشخیص طبی، شتاب دهنده ذره‌ها، ترنهای سریع مغناطیسی و انواع ابزارهای رسانایی الکترونیکی بکار می‌رود. اما برای اینکه ابررساناهای دمای بالا در کاربردهای میدان مغناطیسی در دمای بالا رقابت کنند، هنوز زمان لازم دارد، این بعلت دشواری در تولید انبوه و با کیفیت بالاست. اگر چه در حال حاضر، بازار ابررساناهای دمای بالا رونق کمی دارد، گمان می‌رود که در خلال دو دهه آینده کاربر د آن فراگیر و پررونق شود. ابررسانایی دمابالا
پس همچنان یک نظریه برای توضیح ابررسانایی در دمای بالا در سطح دانش پیشرقته وجود ندارد و نشانه‌ها به گونه‌ای کنار هم جمع شده‌اند تا از پدیدهٔ ابررسانایی برای ما یک پدیده بیگانه بسازند. در سال ۲۰۰۵ یافت شد که افزایش نسبت‌های وزنی صفحات متناوب در لایه‌ای از پروسکیت می‌تواند دمای بحرانی را به اندازه قابل توجهی افزایش دهد. این نکته باعث مسیری برای کشف ۵۰ ماده ابررسانای دمای بالا شد که یکی از آن‌ها کاندیدای ثبت رکورد جهانی شد. آهن‌ربای ابررسانا
میدان مغناطیسی بحرانی ایجاد شده میان سیم پیچ‌ها "H" نام دارد که برای ابررساناهای نوع ۲، میدان بحرانی بالایی است. مسئلهٔ محدودکنندهٔ دیگر برای این سیم پیچ‌ها، جریان بحرانی یا "I" است که در آن مواد سیم پیچ از ابررسانایی دست می‌کشند. هم‌اکنون تلاش‌ها بر روی ساخت مواد سیم پیچ بهتر متمرکز شده‌است. ابررسانایی
این تئوری BCS (Bardeen Cooper Schrieffer) جریان ابررساناها را به عنوان ماده‌ای با هدایت فوق‌العاده زیاد با زوجهای کوپر توضیح می‌دهد. فوق روانکاری
شباهت اصطلاح "فوق روانکاری" با اصطلاحاتی مانند ابررسانایی و فوق روان بودن گمراه کننده است. سایر مکانیسم‌های اتلاف انرژی می‌توانند منجر به یک نیروی اصطکاک محدود (به‌طور معمول کوچک) شوند. فوق روانکاری بیشتر شبیه به پدیده‌هایی مانند است ، که در آن موادی مانند نیتینول، اصطکاک بسیار پایین داشته باشد، اما غیر صفر، مدول الاستیک؛ فوق خنک‌کننده، که در آن مواد تا درجه حرارت پایین‌تر از حد طبیعی مایع می‌مانند. فوق العاده سیاه، که نور بسیار کمی را منعکس می‌کند. مقاومت مغناطیسی غول پیکر، که در آن اثرات مغناطیسی مقاومت بسیار بزرگ اما محدود در لایه‌های غیر مغناطیسی و فرو مغناطیسی متناوب مشاهده می‌شود. مواد فوق سخت، که الماس هستند یا تقریباً به سختی الماس هستند؛ و ، که دارای رزولوشن فوق العاده بالا می باشد، اگرچه از حد پراش بهتر است، اما هنوز هم محدود است. معادلات لاندن
معادلات لاندن توسط برادران فریتز لاندن و هاینز لاندن در سال ۱۹۳۵ توسعه یافتند که مربوط به جریان در میدانهای الکترومغناطیسی در اطراف یک ابررسانا است. مسلماً ساده‌ترین توصیف معنی‌دار پدیده ابررسانایی است. عمده پیروزی معادلات توانایی برای توضیح اثر مایسنر است جایی که مواد به‌طور نمایی تمام میدان‌های مغناطیسی داخلی را از ماده به بیرون می‌فرستند وقتی که ماده از آستانه ابررسانی عبور کرد. دو معادله لاندن برای بیان میدان‌های قابل اندازه‌گیری بیان می‌شوند: ابررسانایی
همان‌طور که در تصویر بالا دیده می‌شود، ابررساناهای نوع ۱، در مجاورت با میدان مغناطیسی خارجی، میدان را دفع می‌کنند. در حالیکه در ابررساناهای نوع ۲، دیده می‌شود که آن‌ها بار میدان مغناطیسی خارجی را از خود عبور می‌دهند و آن‌ها را دفع نمی‌کنند. ادوات نیم‌رسانا
ادوات نیم‌رسانا یا قطعات نیم‌رسانا یک قطعه الکترونیکی است که از خواص ویژه الکترونیکی مواد نیم‌رسانا، عمدتاً سیلیکون، ژرمانیوم و گالیم آرسنید و همچنین نیم‌رسانای آلی بهره می‌برد. سوپر پلاستیک
اتمهای موجود در مواد سرامیکی توسط پیوند شیمیایی در کنار هم قرار می گیرند. دو پیوند شیمیایی متداول برای مواد سرامیکی کووالانسی و یونی هستند. برای فلزات ، پیوند شیمیایی پیوند فلزی نامیده می شود. پیوند اتمها با هم در پیوندهای کووالانسی و یونی بسیار قوی تر از فلز است. به همین دلیل است که به طور کلی فلزات قابل انعطاف هستند و سرامیک ها شکننده هستند. با توجه به طیف وسیعی از خواص مواد سرامیکی ، از آنها برای تعداد زیادی کاربرد استفاده می شود. پرینت چهاربعدی
مواد واکنش نشان دهندهٔ الکتریکی که امروزه وجود دارد بسته به شدت یا جهت یک میدان الکتریکی خارجی، اندازه و شکل خود را تغییر می‌دهند. پلی آنیلین و پلی پیرول (PPy) به ویژه مواد رسانایی خوبی می‌باشند و می‌توانند با استفاده از تترا فلوروبورات دوپ شوند تا تحت محرک الکتریکی منقبض و منبسط بشوند. یک ربات ساخته شده از این مواد با استفاده از یک پالس الکتریکی ۳ ولتی به مدت ۵ ثانیه حرکت می‌کند و باعث می‌شود یک پا گسترش یابد، سپس محرک را به مدت ۱۰ ثانیه برداشته و باعث حرکت پای دیگر به جلو بشود. تحقیقات در مورد نانولوله‌های کربنی، زیست سازگار و رسانای بالا، نشان می‌دهد که کامپوزیت ساخته شده از نانولوله کربنی و یک نمونه حافظه شکل، دارای هدایت الکتریکی و سرعت پاسخ الکتریکی فعال بالاتر از هر دو نمونه به تنهایی می‌باشد. فروگل‌های پاسخگو مغناطیسی در حضور یک میدان مغناطیسی قوی منقبض می‌شود؛ پس در تحویل دارو و سلول نیز کاربرد دارند. ترکیبی از نانولوله‌های کربنی و ذره‌های پاسخ دهنده مغناطیسی برای استفاده در تقویت رشد سلول و چسبندگی، در حالی که هنوز یک رسانایی قوی را حفظ کرده‌است، از چاپ زیستی استفاده شده‌است. پلیمرهای رسانا
وضعیت الکترونی پلیمرها مانند عایق‌ها و نیم‌رسانا هاست: نوار والانس آن‌ها پُر و نوار رسانای‌یشان خالی است و میان این دو نوار یک شکاف بزرگ انرژی (منطقه غیرمجاز) قرار دارد. پلیمرهای رسانا با تکرار پیوندهای دوگانه به‌طور مزدوج از پلیمرهای معمولی متماییز می‌شوند. در حالت خنثی دو گونه نوار انرژی که مربوط به الکترون‌های π است، وجود دارد: شکاف انرژی بین دو نوار به همان ترتیبی است که در نیم‌رساناها وجود دارد: اغلب بزرگتر از 1eV (مانند پلی استیلن) است و گاهی به چندین الکترون ولت نیز می‌رسد (مانند پلی تیوفن و پلی پیرول). این موضوع آشکارا علت نبود رسانش را در پلیمرهای رسانا در حالت خنثی، با وجود داشتن سامانه مزدوج بالای پیوندهای دوگانه، بیان می‌دارد. بیشتر پلیمرهای رسانا در گذشته در حالت خنثی تهیه شده بودند ولی، به رسانایی آن‌ها تنها در دو دهه پیش، پس از فرایند آلایش کردن، پی برده شد. در نیم‌رساناهای معدنی خالص (مانند سیلیکون) نیز وضعیتی همانند حاکم است. در هر حالت، رسانش الکتریکی تنها در حالتی برقرار می‌شود که ناخالصی‌هایی مناسب برای ایجاد سطوح انرژی غیرمجاز در شکاف انرژی وجود داشته باشند. این سطوح باید به اندازه کافی به نوار رسانایی (ناخالصی‌های الکترون دهنده که موجب رسانایی گونه n می‌شود) یا متناوباً به نوار والانس (ناخالصی‌های الکترون پذیر که حفرات را در نوار والانسی ایجاد می‌کنند و به دنبال آن موجب ایجاد رسانش گونه p می‌شوند) نزدیک باشند. این مکانیسم بسیار ساده به درک مفهوم سولیتون، پلارون و بای پلارون، که مسئول افزایش رسانش الکتریکی در پلیمرهای رسانا هستند، کمک می‌کند. پلیمرهای رسانا
در سطوح پایین آلایش کردن این بار ثابت اند و در سطوح بالاتر به دریای دژنره شکلی، که همانند رفتار فلزی است، تبدیل می‌شود به طوری که شمار زیادی از اتم‌های کربن را زیر پوشش می‌گیرد؛ بنابراین منطقه پیوند انرژی به دست آمده از این جزایر در شکاف انرژی گسترده‌تر می‌شود. حتی در آلایش کردن‌های بسیار بالا (یک عامل آلایش‌کننده به ازای یک مونومر) ناحیه سطوح انرژی به دست آمده از جزایر به قدری گسترش می‌یابد که با نوارهای والانس یا نوار رسانایی همپوشانی می‌کند. ماشین‌کاری با جریان ساینده
ویژگی‌های واسطه، قدرت عمل ساینده را در طول فرایند تعیین می‌کند. واسطه ماده انعطاف‌پذیری و به اندازه کافی ارتجاعی است که وقتی از یک مجرا عبور می‌کند تغییر شکل می‌دهد. واسطه شامل یک ماده پایه و ذرات ساینده می‌باشد که ماده پایه (ماده ویسکوپلاستیک و ویسکوالاستیک) از یک پلیمر علی و ژلّ هیدروکربنی سخته می‌شود. ترکیب ماده پایه میزان سفتی آن را مشخص می‌کند. سفت‌ترین واسطه برای بزرگ‌ترین سوراخ‌ها و نرم‌ترین برای سوراخ‌های کوچک به کار می‌رود. سفتی بالای واسطه باعث یک نوع اکسترژن خالص می‌شود در حالیکه واسطه نرم، یک جریان سریع تر را در مرکز نسبت به دیواره‌ها باعث خواهد شد. یک واسطه سفت‌تر مجرا را یکنواخت تر پرداخت می‌نماید در حالیکه سفتی کمتر واسطه منجر به گرد شدن لبه‌ها در دهانه ورودی مجرا می‌شود. ابررسانایی
در مدت کوتاهی توسط M.K. Wu کشف شد که جایگزین کردن لانتان با ایتریم و ساختن YBCO دمای بحرانی تا ۹۲˚K بالا می‌برد که بسیار مهم است چون برای سرد کردن ابررسانا می‌توان از نیتروژن مایع استفاده کرد (دمای جوش نیتروژن مایع در فشار جو ۷۷˚K است). این امر از نظر تجاری بسیار مهم است چون تولید نیتروژن مایع ارزانتر و در همان محل با مواد اولیه قابل تولید است و به بعضی از مشکلات برخورد نمی‌کنیم از قبیل آب‌بندی لوله‌های تزریق هلیوم. پلیمرهای رسانا
· افزودن ماده رسانای الکتریسیته به آمیزه پلیمری (کامپوزیت‌های پلیمری رسانا) ابررسانایی
به‌طور مثال طلا و نقره رسانایی خوبی دارند، ولی چوب و پلاستیک رسانایی ندارند و موادی مانند سیلیسم و ژرمانیوم جزء نیمه رسانا می‌باشند که جریان الکترومغناطیسی و ترمودینامیکی روی اینها تأثیر جزئی می‌گذارند و در مقابل جریان رسانایی مقاومت وجود دارند که مانع انتقال جریان انرژی الکتریکی می‌شود. برای کم کردن مصرف انرژی و کارایی بالاتر و ارزانی وسایل باید دنبال موادی باشیم که مقاومت خیلی خیلی کمی در برابر جریان انرژی الکتریکی داشته باشند و تقریباً برابر مقاومت صفر باشند (ابر رسانا). در بعضی مواد وقتی به این حالت می‌رسیم که آن مواد در دمای ویژه‌ای قرار بگیرند که جریان دائماً در آن‌ها برقرار باشد.ابر رساناها از نظر رفتار فیزیکی به دو گروه تقسیم می‌شوند که بیشتر عناصر شامل گروه اول می‌شوند ولی آلیاژها و مقدار کمی از عناصر شامل گروه دوم می‌شوند. اختلاف گروه اول با گروه دوم در تعداد ناحیه و فواصل بین الکترون‌های آزاد می‌باشند؛ گروه اول دارای دو ناحیه و فاصله الکترون‌های آزاد آن کم می‌باشد؛ ولی گروه دوم دارای ۳ ناحیه هستند ولی فاصله الکترون‌های آزاد آن‌ها زیاد است. حسگر اثر هال
شکل ۱–۱ یک صفحه نازک از ماده هال را نشان می‌دهد که حامل جریانI در امتداد محور طولی می‌باشد. ماده هال می‌تواند رسانارسانا یا نیمه رساناهایی از نوع P مانند آرسناید گالیوم یا GaAs، آنتیموناید ایندیوم یا InSb وآرسناید ایندیوم یا InAs باشد. ولتمتری در مسیر محور عرضی این صفحه قرار داده شده‌است که در غیاب میدان مغناطیسی عمود بر صفحه ولتاژ صفر را نمایش می‌دهد. شکل هنگامیکه یک میدان مغناطیسی در جهت محور عمود بر صفحه نیمه رسانا به آن اعمال شود (مطابق شکل ۲–۱) نیروی لورنتز (به انگلیسی:) بر حامل‌های بار (الکترون‌ها و حفره‌ها) اعمال شده در نتیجه آن‌ها به دو طرف صفحه نیمه هادی رانده می‌شوند. در نتیجه اختلاف پتانسیلی در عرض صفحه به وجود آمده و ولتمتر ولتاژ اندکی را نشان می‌دهد که به آن ولتاژ هال (formula_1) می‌گویند. در صورتی که جهت میدان مغناطیسی برعکس گردد، ولتاژ بوجور آمده نیز در جهت مخالف ظاهر می‌گردد. دربارهٔ کشف اثر هال آنجه باعث شگفتی است این نکته‌است که حتی در شرایط حالت ماندگار () نیز شاهد این پدیده هستیم. به این معنی که وقتی میدان مغناطیسی اعمالی و جریان الکتریکی عبوری نیز در طول زمان مقدار ثابتی داشته باشند، همچنان شاهد ولتاژ به وجود آمده در جهت محور عرضی صفحه هستیم. ابرجریان
ابرجریان جریان الکتریکی ناشی از حرکت زوج‌الکترون‌های اَبَررسانشی است که بدون مقاومت از مادهٔ اَبَررسانا عبور می‌کند در نتیجه برگشت ناپذیری ندارد .در برخی مواد رسانا نمی توان وجود این جریان را به وسیله زوج الکترون ها توجیه کرد. آشکارسازهای نیمه‌رسانا
آشکارسازهای الماسی شباهت‌های زیادی با آشکارسازهای سیلیکونی دارند، اما انتظار می‌رود که مزیت‌های قابل‌توجهی، به ویژه سختی در تشعشع‌های بالا و جریان‌های رانش بسیار کم را ارائه دهند. این نوع از آشکارسازها در حال حاضر بسیار گران تر و تولید آنها دشوارتر است. مقاومت و رسانایی الکتریکی
برای پی بردن به دلیل رسانایی می‌توان ساختمان مواد رسانا را مورد توجه قرار داد. از جمله مواد رسانای بسیار معروف، فلزات هستند. ویژگی عمده فلزات از نظر الکتریکی این است که این مواد دارای الکترون‌های آزاد هستند. این الکترون‌ها را اصطلاحاً حاملان بار می‌گویند. هنگامی که اتم‌های منزوی برای تشکیل جسم جامد فلزی با هم ترکیب می‌شوند، الکترون‌های لایه خارجی اتم، مقید به اتم‌های منفرد باقی نمی‌مانند، بلکه آزادانه در سراسر جسم جامد حرکت می‌کنند. سیم ابررسانا
این فرآیند به این دلیل استفاده می‌شود که ابررساناهای دمابالا برای فرآیندهای سیم‌کشی معمولی بسیار ترد هستند. لوله ها فلزی و اغلب از جنس نقره‌ هستند. اغلب، لوله‌ها برای واکنش با مخلوط پودرها حرارت داده می‌شوند. هنگام رخ دادن واکنش، لوله‌ها گاهی مسطح می‌شوند تا یک رسانای نوارمانند تشکیل شود. سیم به دست آمده به اندازه سیم فلزی معمولی انعطاف‌پذیر نیست، اما برای بسیاری از کاربردها کافی است. ابررسانایی
تفاوت بین ابر رساناهای سرامیکی و فلزی این است که برای سرد نگه داشتن ابر رساناهای سرامیکی می‌توان از نیتروژن مایع که ارزان و فراوان است استفاده نمود، در صورتی که در ابر رساناهای فلزی باید از هلیم مایع است استفاده کرد. سیم ابررسانا
سیم‌های ابررسانای دمابالا (HTS) از ابررساناها با دمای بحرانی بالا (ابررسانایی با دمای بالا) مانند YBCO و BSCCO ساخته می‌شوند. نانو رس
نانورس­ ها نانوپرکننده­ فراگیر هستند و به گروه گسترده­ای از کانی رس تعلق دارند. آن­ها برای بشر و سرامیست ­ها چیز جدیدی نیستند از زمان­ های پیش از تاریخ از آن ­ها در توسعه محصولات رسی استفاده کرده ­اند. به عنوان مثال، چندین محصول رس با استفاده از کائولن با نام سنتی رس چینی تهیه شده بود و استفاده از آن به قرن سوم قبل از میلاد در چین می­رسد. حتی اگر ساختار نانورس ­ها و طبیعتشان به مدت چندین دهه مورد کاوش قرار گیرد و از زمان باستان مورد استفاده قرار می ­گیرد، تعریف دقیق آن ­ها موضوع مداوم مورد بحث است. کانی های خاک رس سیلیکات های آبدار هستند و ممکن است به عنوان ذرات ریز دانه با ساختار ورق مانند که روی یکدیگر قرار گرفته است توصیف شوند. با توجه به این هندسه، آن ها معمولاً به عنوان فیلوسیلیکات ها، سیلیکات های دارای ساخت ورق شناخته می شوند.  فیلوسیلیکات ها عمدتاً از آلومیناسیلیکات دانه ریز تشکیل شده و در نتیجه هوازدگی شیمیایی مواد معدنی سیلیکات در سطح زمین تشکیل می شود. نانورس ها معمولاً توسط فیلوسیلیکات ها چیره شدند و ممکن است با روش های مختلف از بخش رس یا ماده رس بالک جدا شوند. روش های مورد استفاده برای استخراج و پردازش نانورس ها شامل همزن پرانرژی و به دنبال آن سانتریفیوژ و یخ خشک شده است؛ سانتریفیوژ و تصفیه عبور جریان ؛ و ماوراء گریز از مرکز. نانو رس
نیروی واندروالس، نیروی الکترواستاتیک یا پیوند هیدروژنی بین لایه­ ها محرک اصلی این لایه ­ها برای پیوند با یکدیگر هستند و توده ­های لایه ­های موازی را تشکیل می ­دهند. این انباشتگی منجر به شکاف ­های منظم واندروالس بین لایه ­های مجاور می­شود. به این فاصله ­ها بین لایه ­ها بین لایه­ ای یا گالری گفته می­شود و توسط آب، کاتیون­ های آلی یا مایعات آلی قطبی قابل دسترسی است. این تعامل باعث ضعیف شدن نیرو های پیوند این لایه­ ها با یکدیگر و باعث گسترش شبکه می­شود. توانایی کانی رس در پذیرش تغییر در شیمی سطح و لایه لایه شدن به لایه­ های جداگانه از ویژگی ­های مهم آن ها است که به طور گسترده در توسعه کامپوزیت ­های جدید مورد استفاده قرار گرفته است. ورق­ های چهار وجهی و هشت وجهی بلوک ­های ساختمانی برای لایه­ های رس است و این بلوک­ های ساختمانی قادر به گرد آمدن در انواع چیدمان هستند. بنابراین طبقه بندی ساختار نانورس می­تواند مربوط به آرایش این بلوک ­های ساختمان باشد.  در فرایند ساخت نانورس، رس مورد نیاز می­ بایست از لحاظ توزیع ابعادی، خلوص و نیز از لحاظ شیمی سطح اصلاح شود. از دلایل جذابیت نانورس به عنوان نانو ذره یک بعدی می­توان به سطح مخصوص بالا ناشی از ساختار ورق های، ارزان بودن، در دسترس بودن، امکان تغییر بعد نانومتری با انجام فرایندهای سطح سازی و ظرفیت تبادل یونی بالا اشاره کرد. سیم ابررسانا
نوارهای ابررسانای پوشش داده شده به عنوان نسل دوم سیم‌های ابررسانا شناخته می‌شوند. این سیم‌ها به شکل یک نوار فلزی با حدود 10 mm عرض و ضخامت μm100 هستند که با مواد ابررسانا مانند YBCO پوشش داده شده اند. چند سال پس از کشف ابررسانایی دمابالای موادی مانند YBCO ، نشان داده شد که همبافته YBCO با لایه‌های های نازک رشد کرده در شبکه همسان تک کریستال مانند منیزیم اکسید (MgO) ، استرانسیم تیتانیت (SrTiO) و یاقوت کبود چگالی جریان فوق بحرانی بیش از 10-40 kA/mm دارند. با این حال، یک ماده انعطاف‌پذیر منطبق بر شبکه برای تولید یک نوار بلند لازم بود. لایه‌های YBCO که مستقیماً روی مواد زیرلایه فلزی رسوب می‌کنند، خواص ابررسانایی ضعیف از خود نشان می‌دهند. نشان داده شد که یک لایه‌ی میانی جهت‌گرفته در راستای محور c زیرکونیای تثبیت‌شده با ایتریا (YSZ) بر روی یک زیرلایه فلزی می‌تواند لایه‌های YBCO با کیفیت بالاتری تولید کند، که هنوز یک تا دو مرتبه چگالی جریان بحرانی کمتری نسبت به آن‌هایی که روی زیرلایه‌های تک کریستالی تشکیل شده است دارند. آهن‌ربای ابررسانا
مقاومت الکتریکی پایین این گونه آهنربا، امتیاز بزرگی نسبت به گونه‌های معمولی به‌شمار می‌رود. آهنربای ابررسانا می‌تواند میدان‌های مغناطیسی تا ده برابر قوی تر نسبت به آهنرباهای معمولی که به محدودند، پدید آورد. میدان آن‌ها عموماً پایدارتر است و خطای کمتری پدید می‌آورد. می‌توانند در اندازه‌های کوچکتر ساخته شوند و فضای در میانهٔ آهنربا، جایی که میدان ساخته شده‌است، تهی است به جای آنکه با یک هستهٔ آهنی پُر شده باشد. روی هم رفته، این آهنرباها برای میدان مغناطیسی پرتوانی که درست می‌کنند برق بسیار کمتری نیاز دارند. تنها برقی که این آهنرباها به آن نیازمندند برای سردسازی است. نظریه نوارها
این اربیتال‌ها یا سطوح انرژی مجزا، در جامد تبدیل به یک نوار پیوسته می‌شوند که شامل N سطح انرژی است. N از مرتبه ۱۰ است. در کریستال یا جامدات حالت‌های الکترونیکی مکان خاصی ندارند و به علت تقارن کریستال نسبت به حرکت انتقالی ناوردا هستند. ویژگی‌های اپتیکی مواد به چگونگی پر شدن این نوارها توسط الکترون‌ها بستگی دارد. از نظر هدایت الکتریکی، بر حسب پر شدن این باندها سه گروه اصلی داریم: فلزات، نارساناها و نیمه رساناها. در فلزات نوار ظرفیت تکمیل است و قمستی از نوار رسانش نیز توسط الکترون‌ها پر شده‌است. اما قسمت خالی نوار رسانش این اجازه را به الکترون‌ها می‌دهد که با بدست آوردن کمی انرژی بتوانند آزادانه حرکت کنند. در نارساناها باند ظرفیت تکمیل است و هیچ الکترونی در باند رسانش وجود ندارد. چون اختلاف انرژی بین بالاترین حد نوار ظرفیت و پایین‌تر حد نوار رسانش زیاد است؛ که نوار ممنوعه خوانده شده، و الکترون‌ها نمی‌توانند به باند رسانش بروند و آزادانه حرکت کنند. در نیمه رساناها باند ظرفیت (در دمای صفر کلوین) پر است، اما به علت کم بودن پهنای نوار ممنوعه، اکترون‌ها با بدست آوردن کمی انرژی؛ (مثلاً از طریق حرارت)، می‌توانند به باند رسانش بروند و آزادنه حرکت کنند. نیمه رساناها با بالا رفتن دما به رسانا تبدیل می‌شوند. پلیمرهای رسانا
در سال ۱۹۷۹ برای اولین بار، دیاز و همکارانش پلی پروپیل را به عنوان پلیمری با خاصیت رسانایی معرفی کرد. این یافته‌ها در سال ۲۰۰۰جایزه نوبل شیمی را برای شیراکاوا، مک دیارمید، هیگر به دنبال داشت. از جمله متداول‌ترین پلیمرهای رسانا می‌توان به پلی تیوفن، پلی آنیلین، پلی پروپیل، پلی پارافنیلن اشاره کرد. خصوصیت الکتریکی، الکتروشمیایی، نوری پلیمرهای رسانا، آن‌ها را به عنوان مادهای برای کاربرد در پوشش‌های ضد الکتریسیته ساکن، پوشش‌های ضد خوردگی، پوشش‌های برای جذب امواج ماکروویو، بیوحسگرها تبدیل کرده‌است. خواص رسانایی پلیمرها به میزان دلخواه قابل تنظیم است به طوری که می‌تواند در حد رساناها یا نیم‌رساناها باشد. این پلیمرها از نظر ساختاری در زنجیرهٔ اصلی خود دارای باند دوگانه به صورت یک در میان است به طوریکه طی فرایند دوپاند شدن خواص رسانایی آن‌ها افزایش می‌یابد. اصطلاح آلایش کردن از لغت‌نامه اجسام نیم‌رسانا گرفته شده‌است زیرا مواد پذیرنده و دهنده الکترون می‌توانند موجب افزایش رسانایی پلیمرهایی با سیستم مزدوج شوند. اصطلاح آلایش کردن مترادف اکسایش یا کاهش است. شکل فضایی و نیروهای بین زنجیره‌های ضعیف، نفوذ یون آلایش‌کننده را به میان زنجیره‌های پلیمر ممکن می‌سازد. تنها آلایشی مورد استفاده قرار می‌گیرند که همراه با ایجاد پایداری شیمیایی توانایی رسانندگی الکتریکی را نیز بالا برند. این ویژگی تعداد آلایش کننده‌های مفید را به انواع I2 و FeCl3 برای الکترون پذیرنده‌ها و Li, Na وk برای الکترون دهنده‌ها محدود می‌سازد آلایش کردن پلیمر سبب می‌شود که: فوتورسانندگی
از فتورسانندگی به صورت گسترده برای تشخیص نور و اندازه‌گیری شدت آن در ابزارهای حساس به نور استفاده می‌شود. برخی از نیمه‌رساناهای کریستالی مانند سیلیکون، ژرمانیوم، سولفید سرب، سولفید کادمیم، و شبه‌فلز سلنیم مرتبط به شدت فوتورسانا هستند. به طور معمول فتورساناها هادی‌های الکتریکی ضعیفی هستند زیرا تنها تعداد کمی الکترون آزاد دارند. بیشتر الکترون‌های فوتورساناها در لایهٔ والانس آن قرار دارند اما اگر انرژی بیرونی به آن‌ها برسد می‌توانند به لایهٔ رسانش بیایند و به هدایت الکتریکی کمک کنند. فوتورسانش هنگامی رخ می‌دهد که ماده با فوتون‌های دارای انرژی کافی بمباران می‌شود و الکترون‌ها از لایهٔ ممنوعه عبور می‌کنند و به لایهٔ رسانش می‌رسند. در سولفید کادیم انرژی مورد نیاز برای این کار ۲٫۴۲ الکترون-ولت است که معادل فوتونی با طول موج ۵۱۲ نانومتر (نور سبز مرئی) خواهد بود. در سولفید سرب انرژی لازم برای عبور از لایهٔ ممنوعه ۰٫۴۱ الکترون-ولت است و بنابراین این ماده به نور فروسرخ حساس خواهد بود. با توجه به اینکه فوتورسانش پس از قطع‌شدن نور متوقف می‌شود، از این پدیده در کلیدهای حساس به نور استفاده می‌کنند. همچنین از مواد فوتورسانا در تشخیص تابش فروسرخ و برای هدایت موشک‌هایی که اهدافشان گرما تولید می‌کنند استفاده می‌شود. فوتورسانندگی کاربرد گسترده‌ای در فتوکپی‌ها و زیروگرافی دارد که در ابتدا در آن‌ها از سلنیم استفاده می‌شد ولی امروزه این عنصر جای خود را به بسپارهای فوتورسانا داده‌است. ابررسانایی
در مواد ابررسانا، پدیدهٔ ابررسانایی زمانی ظهور می‌کند که دمای ماده، T از مقدار بحرانی، formula_2 کمتر شود. مقدار دمای بحرانی از ماده‌ای به مادهٔ دیگر متفاوت است. دمای بحرانی ابررساناهای معمول چیزی بین ۲۰ کلوین تا زیر یک کلوین است. برای نمونه، دمای بحرانی جیوه ی جامد ۴٫۲ کلوین است ولی دمای بحرانی منیزیم دی بورید ۳۹کلوین است. گرچه این ماده خواصی چنان دارد که نمی‌بایست آن را در دستهٔ ابررساناهای معمول جای داد. ابررساناهای ترکیبی می‌توانند دمایی بحرانی بسیار بالاتری داشته باشند. برای مثال ایتربیم باریم مس اکسید یا YBa2Cu3O۷ ابررسانایی است که دمای بحرانی آن ۹۲ کلوین است و در واقع اولین ابررسانای دمای بالا بود که کشف شد. همچنین ابررساناهای دمای بالای دیگری بر پایهٔ جیوه کشف شده‌اند که دمای بحرانی آن‌ها نزدیک ۱۴۰ کلوین است. هنوز هیچ نظریه‌ای قادر به توضیح چگونگی پدید آمدن ابررساناهای دمای بالا نبوده‌است. تعویض فونون می‌تواند نوع عملکرد ابررساناهای معمول را توضیح دهد اما برای ابررساناهای با دمای بحرانی بسیار بالا نمی‌توان از این تئوری هم استفاده کرد. فریت (آهن‌ربا)
این مواد از یک سو تراوایی مغناطیسی بالایی دارند و با قرار گرفتن در یک میدان مغناطیسی خارجی به راحتی خاصیت مغناطیسی پیدا می‌کنند و میدان را تقویت می‌کنند. از سوی دیگر وادارندگی پایینی دارند و با حذف میدان خارجی، خاصیت مغناطیسی خود را از دست می‌دهند. به عبارت دیگر مغناطش و وامغناطش این فریت‌ها به آسانی انجام می‌شود. از این فریت‌ها در تجهیزاتی استفاده می‌شود که میدان‌های مغناطیسی متناوب ایجاد می‌کنند مانند هستهٔ ترانسفورماتورها و القاگرهای دستگاه‌های مخابراتی و میکروالکترونیک. یک مزیت مهم فریت‌های نرم نسبت به مواد مغناطیسی نرم فلزی و رسانا این است که عایق الکتریسیته هستند. چرا که با تغییر اندازه یا جهت میدان مغناطیسی، در مواد رسانا جریان‌های الکتریکی القا می‌شود و این امر منجر به تولید گرما و اتلاف انرژی می‌شود. به این پدیده ایجاد «جریان گردابی» (Eddy Current) گفته می‌شود. عایق بودن فریت‌ها از ایجاد جریان گردابی و اتلاف انرژی جلوگیری می‌کنند. ابرآلیاژ
گاما پرایم :فاز گاما پرایم به صورت رسوب‌هایی که باعث افزایش استحکام در سوپر آلیاژها وجود دارد. شبیه به آلیاژهای پایه نیکل رسوب‌های گاما پرایم می‌توانند با عناصری مانند Al , Ni, Nb , Ti تولید شود. نیم‌رسانای غیرذاتی
نیم‌رساناهای نوع N با آلایش یک نیم‌رسانای ذاتی با یک عنصر دهنده الکترونی در طول تولید ایجاد می‌شوند. اصطلاح نوع n از بار منفی الکترون ناشی می‌شود. درنیم‌رساناهای نوع n، الکترون‌ها حامل‌های اکثریت هستند و حفره‌ها حامل اقلیت هستند. آلاینده یا ناخالصی مشترک برای سیلیسیم از نوع n فسفر یا آرسنیک است. در یک نیم‌رسانای از نوع n، تراز فرمی آن بیشتر از نیم‌رسانای ذاتی است و به نوار هدایت نزدیکتر از نوار ظرفیت است. عایق الکتریکی
مقاومت الکتریکی عامل متمایزکننده مواد عایق الکتریکی از مواد رسانا و نیم‌رسانا است. مقاومت الکتریکی مواد عایق بالاتر از مواد رسانا و نیم‌رسانا است. سیم ابررسانا
از مزایای سیم ابررسانا نسبت به مس یا آلومینیوم می توان به بیشتر بودن حداکثر چگالی جریان الکتریکی و اتلاف توان صفر اشاره کرد. از معایب آن می‌توان هزینه سرد کردن سیم ها تا دمای ابررسانا (اغلب به مواد سرمازا مانند نیتروژن مایع یا هلیوم مایع نیاز است)، خطر خاموش شدن سیم (از دست دادن ناگهانی ابررسانایی)، خواص مکانیکی پایین برخی ابررساناها، و هزینه‌های ماده‌ی استفاده‌شده در سیم و ساخت آن را نام برد. اکسید مس کلسیم بیسموت استرانسیوم
ابررسانای کاپرات، دسته مهمی از ابررساناهای با درجه حرارت بالا که دارای یک ساختار لایه ای دو بعدی (پروسکیت) هستند (به شکل سلول واحد بیسکو مراجعه کنید) با ابررسانایی که در یک صفحه اکسید مس اتفاق می‌افتد. بیشترین مطالعات بر روی دسته‌های BSCCO و YBCO از ابررساناهای کاپرات صورت می‌گیرد. ریزساخت
در تولید دستگاه‌های ساخته شده با روش‌های ریزساخت عموماً از یک یا دو فیلم نازک استفاده می‌شود. هدف از به کار بردن این فیلم‌ها ی نازک به نوع دستگاه بستگی دارد. در دستگاه‌های الکترونیکی جنس این فیلم‌ها می‌تواند رسانا، نیمه رسانا، یا نارسانا باشد. دستگاه‌های نوری می‌توانند فیلم‌های منعکس‌کننده، شفاف یا متفرق‌کنندهٔ نور داشته باشند. فیلم‌ها همچنین می‌توانند بخاطر اهداف شیمیایی یا مکانیکی استفاده شوند (مثل کاربرد آن‌ها در MEMS). برخی از روش‌های رسوب: آهن‌ربای ابررسانا
آهن‌ربای ابررسانا یک آهنربای الکتریکی است که از سیم پیچ سیم‌های ابررسانا ساخته شده باشد. این سیم‌های ابررسانا نسبت به سیم‌های معمولی، جریان الکتریکی بسیار بیشتری را از خود می گذرانند و البته یک میدان مغناطیسی قوی تر پدید می‌آورند. نکته در اینجا است که هر چه آهنربای الکتریکی قوی تر باشد هزینهٔ کمتری به بار می‌آورد چون در هنگام کار انرژی کمتری را هدر می‌دهد و به گرما تبدیل می‌کند. ابرخازن
ابر خازن‌ها از دو صفحه فلزی که با مواد مختلف (با نام Activated Carbon) پوشانده شده‌اند تشکیل شده که این مواد متخلخل باعث پدیدآوردن مساحت بیشتری برای ذخیره انرژی می‌شود. این دو صفحه در یک ژل یا مایع الکترولیت که دارای یون‌های مثبت و منفی است غوطه ور هستند که در صورت اعمال یک ولتاژ به دو الکترود خازن این یون‌ها از هم جدا می‌شوند. به ابر خازن‌ها خازن الکتریکی دولایه (ELDC:Electric Double Layer Capacitor) هم گفته می‌شود. ابرخازن‌ها در دستگاه‌های پزشکی یا نظامی، لیزر و مایکروویو، منابع تغذیه، سیستم‌های امنیتی و اطلاعاتی به عنوان ذخیره پشتیبان، مدارهای راه انداز ال‌ای‌دی‌های توان بالا، توربین‌های بادی و شبکه‌های برق رسانی جهت پایداری شبکه، UPS کامپیوترهای حساس، درهای برقی در هنگام قطع شدن برق، سیستم‌های مولد برق از ترمز در ماشین‌های برقی جدید، تثبیت‌کننده ولتاژ و مدارهایی که نیاز به خازن‌هایی با زمان شارژ و دشارژ سریع دارند مورد استفاده قرار می‌گیرند.