در اینجا برای علاقه مندان مختصری از تئوری ابر رسانائی و توضیحات آن می آوریم و سپس ایده توضیح دهنده مشکلات موجود مطرح میگردد.
***
در سال 1972، یک تئوری ارائه گردید که دربردارنده ی جنبه های اصلی ابررسانایی مواد مورد بررسی تا آن زمان برشمرده می شد.
این تئوری توسط John Leon Cooper, Bardeen, J.Robert Schieffer کشف گردید و تحت نام تئوری BCS نامیده می شود. آنها جایزه نوبل فیزیک را در سال 1972 برای این تئوری به خود اختصاص دادند.
در یک بیان ساده، زمانیکه ارتعاشات حرارتی به اندازه کافی پایین باشد، الکترونها با یکدیگر به صورت زوج هایی در می آیند که قادر خواهند بود در میان ماده تحت اعمال یک میدان الکتریکی، بدون اینکه واکنش و تاثیر متقابل داشته باشند یا به الکترونها و یا به اتم ها برخورد نمایند، حرکت کنند. این زوج ها همگی در یک فاز با سایر زوج ها حرکت می نمایند.
ارتباط الکترونها به یکدیگر نیاز به یک فرآیند به خصوص دارد، زیرا آنها ذراتی با بار منفی هستند و طبیعت آنها اقتضا می کند که یکدیگر را دفع کنند.
در یک ابررسانا، یک الکترون از نزدیکی یونها می گذرد و در این فرآیند به نحوی عمل می کند که بخشی از اندازه حرکتش را به شبکه منتقل می کند . چنین انتقال اندازه حرکت، اثر فیزیکی جابجایی شبکه را به دنبال دارد، به نحوی که تعدادی از بارهای مثبت محلی را متمرکز می کند. الکترون دوم، اثر این هم سویی یونها را احساس کرده و به سوی این بار مثبت تشدید شده کشیده می شود. وضعیتش به نحوی تغییر می کند که اندازه حرکتی را که توسط الکترون اول داده شده بود، بر می دارد.
این فرآیند دو مرحله ای باعث جاذبه ی اندک بین دو الکترون می گردد.
نظریه BCS این فرآیند را جدی تر گرفته و نشان می دهد که چنین جاذبه ای می تواند بر نیروی دافعه بین الکترونها غلبه کرده و حالتی مقید را که به عنوان جفت کوپر معروف است را تولید کند. چنین جفت هایی آنقدر ضعیف به یکدیگر پیوسته اند که پی در پی شکسته و با شریک های دیگر ترکیب می گردند.
در واقع هر جفتی یک ناحیه بزرگ فضایی را اشغال می کند. ناحیه ای که شامل تعداد بسیار دیگری الکترون است که می توانند در فرآیند جفتیدگی شرکت نمایند. اگر بیشترین تعداد الکترون در فرآیند جفتیدگی شرکت نمایند، سیستم به قویترین پیوستگی دست خواهد یافت( کمترین انرژی را خواهد داشت ). با صرفه ترین رخداد آن است که تمام جفت ها دارای اندازه حرکت مشابه و صفر باشند.
به طور خلاصه ایده اصلی تئوری BCS این است که در زیر دمای بحرانی ، واکنش های الکترون - الکترون ناشی از تبادل الکترونهای بین دو الکترون با اسپین ها و ممانهای مختلف یک زوج الکترون ( زوج الکترون کوپر ) را ایجاد نمایند که برآیند اسپین خالص آنها صفر است.
تحت یک میدان الکتریکی، این زوج ها به صورت هم فاز با سایر زوج ها، بدون اینکه تداخلی رخ دهد حرکت می کنند. بنابراین مقاومت ویژه صفر در این حالت حاصل می شود.
تئوری BCS در توجیه بسیاری از جنبه های ابررسانایی در ابررساناهای متداول نظیر NbTi, Nb3Sn, V3Ga که برای اکثر کاربردهای ابررسانایی امروزی بکار می روند، موفق بوده است. با وجود این، کاربرد آن برای ابررساناهای دما بالا( ابررساناهایی که دمای انتقال به حالت ابررسانایی آنها بالاتر از 95 درجه کلوین است) مورد پرسش است.
***
نه این که این نیست. اما بیائید ساختار کریستالی میکروسکوپی اجسام را در نظر بگیریم.
در نظر بگیرید در یک لوله یک الکترون وارد گردد. به راحتی این الکترون در لوله به پیش خواهد رفت تا انتهای لوله . ( این مواد ابر رسانا هستند)الکترونهای لایه خارجی اتمها بصورت یک نیروی دافعه باعث ایجاد یک لوله بدون مقاومت در بین اتمها میگردند.
تغییر دما در مواد مختلف میتواند اندازه فاصله اتم های جسم را تغییر داده و به راحتی ( در فلزات و بسیاری دیگر از مواد ) این لوله ها را ایجاد نماید.
اگر در مسیر این لوله ها یک اتم راه را ببندد ، جسم نمیتواند این الکترون ها را عبور دهد.
مثال گرافیک و الماس ، نمای جالبی از ایجاد این لوله ها و موانع را در دمای بالا نمایش میدهد. (البته گرافیت ابر رسانا نیست- و فقط برای مثال از ماهیت کار ذکر گردید)
در مورد فلزات ، بسته به ساختار میکروسکوپی آنها لوله هائی در آنها ایجاد میگردد ، که به دلیل وجود ارتعاش در هر درجه حرارت ، موانعی برای الکترونها و تغیر مسیر آنها ایجاد مینماید. بنا براین این تغییر مسیر الکترونها ، انرژی مصرف میکند و جسم گرم میگردد. همچنین مقاومت ناشی از مرز بین دانه ها نیز در مقابل حرکت الکترونها تاثیر میگذارد.
این تئوری توضیح میدهد که به چه علت و به چه میزان هر ساختار میکروسکوپی ، میتواند مقاومت الکتریکی داشته باشد.
همچنین به این ترتیب توضیح داده میشود که هادی های پلیمری چگونه عمل میکنند.
اشکال پیوست نمای تعدادی از ساختارهای فلزی را نمایش میدهد.
همچنین تصاویر زیر شامل نوعی کریستال فوق هادی و ایجاد لوله ها است.
***
در سال 1972، یک تئوری ارائه گردید که دربردارنده ی جنبه های اصلی ابررسانایی مواد مورد بررسی تا آن زمان برشمرده می شد.
این تئوری توسط John Leon Cooper, Bardeen, J.Robert Schieffer کشف گردید و تحت نام تئوری BCS نامیده می شود. آنها جایزه نوبل فیزیک را در سال 1972 برای این تئوری به خود اختصاص دادند.
در یک بیان ساده، زمانیکه ارتعاشات حرارتی به اندازه کافی پایین باشد، الکترونها با یکدیگر به صورت زوج هایی در می آیند که قادر خواهند بود در میان ماده تحت اعمال یک میدان الکتریکی، بدون اینکه واکنش و تاثیر متقابل داشته باشند یا به الکترونها و یا به اتم ها برخورد نمایند، حرکت کنند. این زوج ها همگی در یک فاز با سایر زوج ها حرکت می نمایند.
ارتباط الکترونها به یکدیگر نیاز به یک فرآیند به خصوص دارد، زیرا آنها ذراتی با بار منفی هستند و طبیعت آنها اقتضا می کند که یکدیگر را دفع کنند.
در یک ابررسانا، یک الکترون از نزدیکی یونها می گذرد و در این فرآیند به نحوی عمل می کند که بخشی از اندازه حرکتش را به شبکه منتقل می کند . چنین انتقال اندازه حرکت، اثر فیزیکی جابجایی شبکه را به دنبال دارد، به نحوی که تعدادی از بارهای مثبت محلی را متمرکز می کند. الکترون دوم، اثر این هم سویی یونها را احساس کرده و به سوی این بار مثبت تشدید شده کشیده می شود. وضعیتش به نحوی تغییر می کند که اندازه حرکتی را که توسط الکترون اول داده شده بود، بر می دارد.
این فرآیند دو مرحله ای باعث جاذبه ی اندک بین دو الکترون می گردد.
نظریه BCS این فرآیند را جدی تر گرفته و نشان می دهد که چنین جاذبه ای می تواند بر نیروی دافعه بین الکترونها غلبه کرده و حالتی مقید را که به عنوان جفت کوپر معروف است را تولید کند. چنین جفت هایی آنقدر ضعیف به یکدیگر پیوسته اند که پی در پی شکسته و با شریک های دیگر ترکیب می گردند.
در واقع هر جفتی یک ناحیه بزرگ فضایی را اشغال می کند. ناحیه ای که شامل تعداد بسیار دیگری الکترون است که می توانند در فرآیند جفتیدگی شرکت نمایند. اگر بیشترین تعداد الکترون در فرآیند جفتیدگی شرکت نمایند، سیستم به قویترین پیوستگی دست خواهد یافت( کمترین انرژی را خواهد داشت ). با صرفه ترین رخداد آن است که تمام جفت ها دارای اندازه حرکت مشابه و صفر باشند.
به طور خلاصه ایده اصلی تئوری BCS این است که در زیر دمای بحرانی ، واکنش های الکترون - الکترون ناشی از تبادل الکترونهای بین دو الکترون با اسپین ها و ممانهای مختلف یک زوج الکترون ( زوج الکترون کوپر ) را ایجاد نمایند که برآیند اسپین خالص آنها صفر است.
تحت یک میدان الکتریکی، این زوج ها به صورت هم فاز با سایر زوج ها، بدون اینکه تداخلی رخ دهد حرکت می کنند. بنابراین مقاومت ویژه صفر در این حالت حاصل می شود.
تئوری BCS در توجیه بسیاری از جنبه های ابررسانایی در ابررساناهای متداول نظیر NbTi, Nb3Sn, V3Ga که برای اکثر کاربردهای ابررسانایی امروزی بکار می روند، موفق بوده است. با وجود این، کاربرد آن برای ابررساناهای دما بالا( ابررساناهایی که دمای انتقال به حالت ابررسانایی آنها بالاتر از 95 درجه کلوین است) مورد پرسش است.
***
نه این که این نیست. اما بیائید ساختار کریستالی میکروسکوپی اجسام را در نظر بگیریم.
تغییر دما در مواد مختلف میتواند اندازه فاصله اتم های جسم را تغییر داده و به راحتی ( در فلزات و بسیاری دیگر از مواد ) این لوله ها را ایجاد نماید.
اگر در مسیر این لوله ها یک اتم راه را ببندد ، جسم نمیتواند این الکترون ها را عبور دهد.
مثال گرافیک و الماس ، نمای جالبی از ایجاد این لوله ها و موانع را در دمای بالا نمایش میدهد. (البته گرافیت ابر رسانا نیست- و فقط برای مثال از ماهیت کار ذکر گردید)
در مورد فلزات ، بسته به ساختار میکروسکوپی آنها لوله هائی در آنها ایجاد میگردد ، که به دلیل وجود ارتعاش در هر درجه حرارت ، موانعی برای الکترونها و تغیر مسیر آنها ایجاد مینماید. بنا براین این تغییر مسیر الکترونها ، انرژی مصرف میکند و جسم گرم میگردد. همچنین مقاومت ناشی از مرز بین دانه ها نیز در مقابل حرکت الکترونها تاثیر میگذارد.
این تئوری توضیح میدهد که به چه علت و به چه میزان هر ساختار میکروسکوپی ، میتواند مقاومت الکتریکی داشته باشد.
همچنین به این ترتیب توضیح داده میشود که هادی های پلیمری چگونه عمل میکنند.
اشکال پیوست نمای تعدادی از ساختارهای فلزی را نمایش میدهد.
همچنین تصاویر زیر شامل نوعی کریستال فوق هادی و ایجاد لوله ها است.
و شکل بعد نمایش پیشرفت در سالهای اخیر را نمایش میدهد
هیچ نظری موجود نیست:
ارسال یک نظر