ישנם שני סוגים של חומרים כמו מתכות וכן מבודדים. מתכות מאפשרות זרימת אלקטרונים וסוחבות איתן מטען חשמלי כמו כסף, נחושת וכו ', ואילו מבודדים מחזיקים אלקטרונים והם לא יאפשרו זרימה של אלקטרונים כמו עץ, גומי וכו'. במאה ה -20 פותחו שיטות מעבדה חדשות על ידי פיזיקאים לקרר חומרים לטמפרטורה אפסית. הוא התחיל לחקור כמה אלמנטים כדי לדעת איך חַשְׁמַל ישתנו בתנאים כאלה כמו עופרת וכספית, מכיוון שהם מוליכים חשמל בטמפרטורה מסוימת ללא התנגדות. הם גילו את אותה התנהגות בכמה תרכובות כמו מקרמיקה לצינורות פחמן. מאמר זה דן בסקירה על מוליך העל.
מהו מוליך-על?
הַגדָרָה: חומר שיכול להוביל חשמל ללא התנגדות ידוע כמוליך-על. ברוב המקרים, בחלק מהחומרים כמו תרכובות אחרת אלמנטים מתכתיים מציעים עמידות מסוימת בטמפרטורת החדר, אם כי הם מציעים עמידות נמוכה ב טֶמפֶּרָטוּרָה נקרא הטמפרטורה הקריטית שלה.
מוליך-על
האלקטרונים זורמים מאטום לאטום נעשים לעתים קרובות תוך שימוש בחומרים מסוימים ברגע שמגיעים לטמפרטורה הקריטית, ולכן ניתן לקרוא לחומר חומר מוליך-על. אלה מועסקים בתחומים רבים כמו הדמיית תהודה מגנטית ומדעי הרפואה. מרבית החומרים הקיימים בשוק אינם מוליכים. אז הם חייבים להיות במצב אנרגיה נמוך מאוד כדי להפוך למוליכים-על. המחקר הנוכחי מתמקד בפיתוח תרכובות להתפתחות מוליכות-על בטמפרטורות גבוהות.
סוגי מוליכים
מוליכי-על מסווגים לשני סוגים, כלומר סוג I וסוג II.
סוגי-מוליכי-על
מוליך-על מסוג I
מוליך מסוג זה כולל חלקים מוליכים בסיסיים ואלה מנוצלים בתחומים שונים מכבלים חשמליים ועד שבבי מיקרו במחשב. סוגים אלה של מוליכי-על מאבדים את מוליכות-העל שלהם בפשטות רבה כאשר הם ממוקמים בשדה המגנטי בשדה המגנטי הקריטי (Hc). אחרי זה זה יהפוך למנצח. סוגים אלה של מוליכים למחצה נקראים גם כמוליכים-על רכים בשל הסיבה לאובדן מוליכות-על. מוליכים-על אלה מצייתים לאפקט מייזנר לחלוטין. ה דוגמאות מוליכי על הם אבץ ואלומיניום.
מוליך-על מסוג II
סוג זה של מוליך-על יאבד את מוליכות-העל שלהם לאט אבל לא פשוט כשהוא מסודר בתוך השדה המגנטי החיצוני. כאשר נצפה בייצוג הגרפי בין מגנטיזציה לעומת השדה המגנטי, כאשר מוליך למחצה מהסוג השני ממוקם בתוך שדה מגנטי, הוא יאבד את מוליכות העל שלו לאט.
מוליכים למחצה מסוג זה יתחילו לאבד את מוליכות העל שלהם בשדה המגנטי הפחות משמעותי ויורידו לחלוטין את מוליכות העל שלהם בשדה המגנטי הקריטי הגבוה יותר. המצב בין השדה המגנטי הקריטי הקליל יותר לבין השדה המגנטי הקריטי הגבוה יותר נקרא מצב ביניים אחרת מצב מערבולת.
סוג זה של מוליכים למחצה נקרא גם כמוליכים-על קשים בגלל הסיבה שהם מאבדים את מוליכות העל שלהם לאט אבל לא פשוט. מוליכים למחצה אלה יצייתו להשפעתו של מייזנר אך לא באופן מוחלט. הדוגמאות הטובות ביותר לכך הן NbN ו- Babi3. מוליכים-על אלה חלים על מגנטים מוליכים-חזקים של שדה.
חומרים למוליכות-על
אנו יודעים שיש הרבה חומרים זמינים שבהם חלקם יתנהלו. ללא כספית, מוליכי העל המקוריים הם מתכות, מוליכים למחצה וכו '. כל חומר אחר יהפוך למוליך-על בטמפרטורה מעט מגוונת
הבעיה העיקרית בשימוש ברוב החומרים הללו היא שהם יתנהלו בכמה דרגות של אפס מוחלט. פירוש הדבר שכל תועלת שתשיג מחוסר התנגדות שאתה כמעט בוודאות מאבד מכלול קירורם במקום העיקרי.
תחנת הכוח שתשיג חשמל לביתכם בחוטים כלפי מטה ואז מוליכים-על תרעש בצורה מבריקה. אז זה יחסוך כמויות אדירות של אנרגיה מותשת. עם זאת, אם תרצו לקרר חלקים ענקיים וכל חוטי ההולכה בתוך המפעל כדי להשלים אפס, כנראה שתבזבזו יותר אנרגיה.
מאפייני מוליך-על
החומרים המוליכים-על מראים כמה מאפיינים מדהימים החיוניים לטכנולוגיה הנוכחית. המחקר על מאפיינים אלה עדיין ממשיך להכיר ולנצל נכסים אלה בתחומים שונים המפורטים להלן.
- מוליכות אינסופית / אפס התנגדות חשמלית
- אפקט מייזנר
- טמפרטורת מעבר / טמפרטורה קריטית
- ג'וזפסון זרמים
- זרם קריטי
- זרמים מתמשכים
מוליכות אינסופית / אפס התנגדות חשמלית
במצב מוליך-על, החומר המוליך-על ממחיש את ההתנגדות החשמלית האפסית. כאשר החומר מקורר בטמפרטורת המעבר שלו, אז ההתנגדות שלו תפחת לאפס פתאום. לדוגמא, מרקורי מציג אפס התנגדות תחת 4k.
אפקט מייזנר
כאשר מוליך-על מקורר בטמפרטורה הקריטית, הוא אינו מאפשר לשדה המגנטי לעבור בו. התרחשות זו במוליכים על ידועה בשם אפקט מייזנר.
טמפרטורת מעבר
טמפרטורה זו ידועה גם כטמפרטורה קריטית. כאשר הטמפרטורה הקריטית של חומר מוליך-על משנה את המצב המוליך ממצב נורמלי למוליך-על.
זרם ג'וזפסון
אם שני מוליכי העל מחולקים בעזרת סרט דק בחומר בידוד, אז הוא יוצר צומת של התנגדות נמוכה למציאת האלקטרונים עם זוג נחושת. הוא יכול להתפנות ממשטח אחד של הצומת אל המשטח השני. אז הזרם בגלל זרם זוגות הקופר נקרא זרם ג'וזפסון.
זרם קריטי
כאשר הזרם המסופק דרך א נהג בתנאי מוליך-על, אז ניתן לפתח שדה מגנטי. אם הזרימה הנוכחית עולה מעבר לקצב מסוים, ניתן לשפר את השדה המגנטי, שווה ערך לערך הקריטי של המוליך בו זה חוזר למצבו הרגיל. זרם הערך הנוכחי מכונה הזרם הקריטי.
זרמים מתמשכים
אם טבעת מוליך-על מסודרת בשדה מגנטי מעל לטמפרטורה הקריטית שלה, כרגע יש לקרר את טבעת מוליך-העל בטמפרטורה הקריטית שלה. אם אנו מסלקים שדה זה, אזי ניתן לגרום לזרימת הזרם בתוך הטבעת בגלל ההשראות העצמית שלו. מחוק לנץ, הזרם המושרה מתנגד לשינוי שטף הזרימה דרך הטבעת. כאשר הטבעת ממוקמת במצב מוליך-על, אז זרימת הזרם תיגרם להמשך זרם הזרם נקראת כזרם המתמשך. זרם זה מייצר שטף מגנטי כדי לגרום לשטף לזרום לאורך הטבעת הקבועה.
ההבדל בין מוליכים למחצה למוליך-על
ההבדל בין מוליכים למחצה למוליכים-על נדון להלן.
| מוֹלִיך לְמֶחֱצָה | מוליך-על |
| ההתנגדות של מוליכים למחצה סופית | ההתנגדות של מוליך-על היא אפס התנגדות חשמלית |
| בכך דחיית אלקטרונים מובילה להתנגדות סופית. | בכך משיכת אלקטרונים מובילה לאובדן התנגדות |
| מוליכים-על אינם מראים דיאמגנטיות מושלמת | מוליכי-על מראים דיאמגנטיות מושלמת |
| פער האנרגיה של מוליך-על הוא בסדר גודל של כמה eV.
| פער האנרגיה של מוליכי העל הוא בסדר גודל של 10 ^ -4 eV. |
| כימות השטף במוליכים-על היא 2e יחידות. | היחידה של מוליך-על היא e. |
יישומים של מנצח על
היישומים של מוליכי העל כוללים את הדברים הבאים.
- אלה משמשים בגנרטורים, מאיצי חלקיקים, תחבורה, מנועים חשמליים , מחשוב, רפואי, העברת כוח , וכו.
- מוליכי-על המשמשים בעיקר ליצירת אלקטרומגנטים חזקים בסורקי MRI. אז אלה משמשים לחלוקה. הם יכולים לשמש גם להפרדת חומרים מגנטיים ולא מגנטיים
- מוליך זה משמש להעברת כוח למרחקים ארוכים
- משמש בזיכרון או באלמנטים אחסון.
שאלות נפוצות
1). מדוע מוליכי-על חייבים להיות קרים?
חילופי האנרגיה יהפכו את החומר לחם יותר. אז על ידי הפיכת מוליך למחצה קר, יש צורך באנרגיה קטנה יותר כדי לדפוק את האלקטרונים בקירוב.
2). האם זהב הוא מוליך-על?
המוליכים הטובים ביותר בטמפרטורת החדר הם זהב, נחושת וכסף כלל לא הופכים למוליכים-על.
3). האם מוליך-על בטמפרטורת החדר אפשרי?
מוליך-על בטמפרטורת החדר מסוגל להראות מוליכות-על בטמפרטורות סביב 77 מעלות פרנהייט
4). מדוע אין התנגדות במוליכים-על?
במוליך-על, ה- התנגדות חשמלית באופן בלתי צפוי יורד לאפס בגלל התנודות והפגמים של האטומים חייבים לגרום להתנגדות בחומר בזמן שהאלקטרונים עוברים דרכו
5). מדוע מוליך-על הוא דיאמגנט מושלם?
כאשר חומר מוליך-על נשמר בתוך שדה מגנטי, אז הוא דוחף את השטף המגנטי מגופו. כאשר הוא מקורר בטמפרטורה קריטית, הוא מראה דיאמגנטיות אידיאלית.
לפיכך, מדובר בסך הכל בסקירה של מוליך העל. מוליך-על יכול להוביל חשמל אחרת להעביר אלקטרונים מאטום אחד למשנהו ללא התנגדות. הנה שאלה עבורך, מהן הדוגמאות של מוליך-על?
.
