הפיסיקאי ההולנדי קמרלינג אונס (Onnes) גילה ב-1911 כי כאשר הטמפרטורה של כספית יורדת מתחת ל-4.2 מעלות קלווין, התנגדותה החשמלית יורדת בבת-אחת לאפס. התופעה כונתה על-מוליכות. התברר כי היא מופיעה גם במתכות נוספות כגון עופרת, אבץ ואלומיניום, וכן בכמה תרכובות מתכתיות. לכל חומר כזה יש טמפרטורה קריטית שבה מתרחש המעבר ממצבו הרגיל של החומר למצב המכונה על-מוליך, שבו ההתנגדות החשמלית יורדת לאפס, ומופיעים שינויים בתכונותיו המגנטיות של החומר. כאשר חוזרים ומחממים את החומר מעל לטמפרטורה הקריטית, העל-מוליכות נעלמת.
לתופעה יש שימושים חשובים מכיוון שבתיל מחומר על-מוליך אפשר להעביר זרם חשמלי גבוה מבלי להשקיע אנרגיה ומבלי ליצור חום. אפשר ליצור שדות מגנטיים חזקים במיוחד באמצעות אלקטרומגנטים ענקיים שסליליהם עשויים מתיל על-מוליך ומקוררים באמצעות הליום נוזל. הזרמים החשמליים האדירים הנחוצים לשם כך היו מתיכים מוליכים רגילים, אך הם אינם משפיעים על תיל במצב על-מוליך משום שאין לו התנגדות ולא נוצר בו חום.
ב-1956 ניסחו שלושה פיסיקאים מארה”ב, ג’ון ברדין (Bardeen), לאון קופר (Cooper) וג’ון שריפר (Schrieffer), תיאוריה שהסבירה את תופעת העל-מוליכות (ב-1972 הם קיבלו על כך פרס נובל). לפי התיאוריה התופעה נובעת מאפקטים של תורת הקוונטים, שבזכותם האלקטרונים נושאי הזרם החשמלי מצליחים לחמוק בין היונים החיוביים שבמוליך מבלי להיתקל בהם. הסיבה היא שבתנאים מסוימים האינטראקציה בין אלקטרונים הופכת מדוחה למושכת. כתוצאה מכך האלקטרונים יוצרים זוגות (“זוגות קופר”) שמתקדמים כגוש אחד, מבלי שתנועתם תואט על-ידי התנגשויות ביונים חיוביים.
ב-1986 התגלתה תרכובת מתכתית שהופכת לעל-מוליך בטמפרטורה גבוהה יחסית של 30 מעלות קלווין. אחר-כך התגלו על-מוליכים בעלי טמפרטורות קריטיות גבוהות עוד יותר, עד 125 מעלות קלווין. ואולם הקושי לבנות תילים מוליכי חשמל מחומרים אלה גרם לכך שהשימוש הטכנולוגי בהם עדיין מוגבל.
לקריאה ועיון נוסף באינטרנט: