ابررسانایی:



ابررسانایی پدیده‌ای است که در دماهای بسیار پایین برای برخی از مواد رخ می‌دهد. در حالت ابررسانایی مقاومت الکتریکی ماده 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 میدان مغناطیسی ثابت بماند، در حالی که در ابررسانا میدان مغناطیسی همواره صفر است.



ابررسانایی چیست - آکا

مقاومت الکتریکی یک رسانای فلزی به تدریج با کاهش دما کم می‌شود.

ابررسانایی چیست - آکا
در رساناهای معمولی مثل مس و نقره، وجود ناخالصی و مشکلات دیگر این روند را کند می‌کند. به طوری که 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 حلقه ابررسانا می‌تواند برای مدت نامحدودی بدون وجود مولد جریان وجود داشته باشد. ماننده پدیده فرومغناطیس و خطوط طیفی اتم‌ها، ابررسانایی نیز پدیده‌ای کوانتومی است و نمی‌توان آن را با فیزیک کلاسیک به مانند یک رسانای مطلوب توصیف کرد.

 

تاریخچه :

 

در سال 1911 ، H. Kamerlingh-Onnes هنگام کار کردن در آزمایشگاه دمای پایین خود کشف کرد که در دمای چند درجه بالای صفر مطلق ، جریان الکتریسیته می‌تواند بدون هیچ اتلاف اختلاف پتانسیل در فلز جیوه جریان پیدا کند. او این واقعه منحصر به فرد را "ابررسانایی" (Superconductivity) نامید. هیچ نظریه‌ای برای توضیح این رخداد در طول پنجاه و شش سال بعد از کشف ارائه نگردید. تا وقتی که در 1957 ، در دانشگاه الینویس ، سه فیزیکدان: John Bardeen ، Leon Cooper و Robert Schrieffer نظریه میکروسکوپی خود ارائه کردن که بعدا با نام تئوری BCS(حروف ابتدایی نام محققان) شناخته شد. سومین رخداد مهم در تاریخ ابررسانایی در سال 1986 اتفاق افتاد، وقتی که George Bednorz و Alex Mueller در حال کار کردن در آزمایشگاه IBM نزدیک شهر زوریخ سوئیس ،یک کشف مهم دیگر کردند:

ابررسانایی در دماهای بالاتر از
دماهایی که قبلا برای ابررسانایی شناخته شده بودند در فلزاتی کاملا متفاوت از آنچه قبلا فلز ابررسانا شناخته می‌شود. این کشف باعث ایجاد زمینه جدیدی در علم فیزیک شد: مطالعه ابررسانایی دمای بالا.

ابررساناهای مرسوم

در سخنرانی نوبل در سال 1913 ، Kammerlingh-Onnes گزارش داد که "جیوه در 4.2 درجه کلوین به حالت جدیدی وارد می‌شود، حالتی که با توجه به خواص الکتریکی آن ، می‌تواند ابررسانایی نام بگیرد. او گزارش داد که این حالت می‌تواند بوسیله اعمال میدان مغناطیسی به اندازه کافی بزرگ از بین برود. در حالی که یک جریان القاء شده در یک حلقه بسته ابررسانا به مدت زمان فوق العاده زیادی باقی می‌ماند و از بین نمی‌رود. او این رخداد را بطور عملی با آغازیک جریان ابررسانایی در یک سیم پیچ در آزمایشگاه لیدن و سپس حمل سیم پیچ همراه با سرد کننده‌ای که آن را سرد نگه می‌داشت به دانشگاه کمبریج به عموم نشان داد.

این
موضوع که ابررسانایی مسأله‌ای به این مشکلی ارائه کرد که 46 سال طول کشید تا حل شود، خیلی شگفت آور می‌باشد. دلیل اول این می‌تواند باشد که جامعه فیزیک تا حدود بیست سال مبانی علمی لازم برای ارائه راه حل برای این مسئله را نداشت: تئوری کوانتوم فلزات معمولی. دوم اینکه ، تا سال 1934 هیچ آزمایش اساسی در این زمینه انجام نشد. سوم اینکه ، وقتی مبانی عملی لازم بدست آمد، به زودی واضح شد انرژی مشخصه وابسته به تشکیل ابررسانایی بسیار کوچک می‌باشد، حدود یک میلیونیم انرژی الکترونیکی مشخصه حالت عادی. بنابراین ، نظریه پردازان توجه‌شان را به توسعه یک تفسیر رویدادی از جریان ابررسانایی جلب کردند. این مسیر را Fritz London رهبری می‌کرد. کسی که در سال 1953 به نکته زیر اشاره کرد:

"ابررسانایی یک پدیده کوانتومی در مقیاس ماکروسکوپی می‌باشد ... با
جداسازی حالت حداقل انرژی از حالات تحریک شده بوسیله وقفه‌های زمانی." و اینکه "diamagntesim یک مشخصه بنیادی می‌باشد."

مبانی علمی کوانتومی ابررسانایی

الکترونها در فلز در پتانسیل متناوب تولید شده از نوسان یونها حول وضعیتشان حرکت می‌کنند. حرکت یونها را می‌توان بوسیله مدهای جمعی کوانتیزه شده آنها ، فونونها توجیه کرد. سپس در طی توسعه نظریه کوانتوم ، نظریه پاولی اصل انفجار وجود دارد، که معنای آن بیانگر مفهوم آن است و آن اینکه - الکترونها به صورت اسپین نیمه کامل ذاتی (half integral intrinsic spin) قرار می‌گیرند، و در نتیجه هیچ الکترونی نمی‌تواند طوری قرار بگیرد که عدد کوانتوم آنها باهم یکی باشد. ذراتی که به صورت اسپین نیمه کامل ذاتی قرار می‌گیرند با نام فرمیونها (fermions) شناخته می‌شوند، بخاطر گرامی داشت کارهای فرمی (Fermi) که ، همراه با دیراک (Dirac) ، نظریه آماری رفتار الکترون در دماهای محدود را توسعه دادند، این تئوری با نام Fermi-Diac statistics شناخته می‌شود. در توضیح فضای اندازه حرکت یک فلز ساده ، حالت پایه یک کره در فضای اندازه‌ی حرکت می‌باشد، که اندازه‌ی شعاع آن ، pf بوسیله‌ی چگالی فلز تعیین می‌گردد.

انرژی خارجی ترین الکترونها ، در مقایسه
با انرژی گرمایی میانگین آنها ، Kt بسیار بزرگ می‌باشد. به عنوان نتیجه ، تنها بخش کوچکی از الکترونها ، در بالاتر از حالت پایه تحریک می‌شوند. الکترونها باهم دیگرقانون کلمب) و با فونونها تعامل می‌کنند و رابطه دارند. تحریکات ابتدائی آنها ذرات (quasi ، (quasiparticles


شما احتمالا با جستجوی کلمات زیر وارد مقاله شده اید چنانچه مطلب مرتبط با جستجوی شما نبوده همان کلمه را در جستجوی سایت وارد کنید

روش شناسی نظریه پردازی در مدیریت , مواد مغناطیسی نرم و سخت چیست , مواد مغناطیسی نرم و سخت چیه , فلزا طلا فرومغناطیس , h اینتنرت یعنی چی , ابر رسانایی , رسانا چیست

گردآوری توسط بخش مقالات فیزیک سایت آکاایران
تبلیغات