• بازدید : 62 views
  • بدون نظر
این فایل در ۱۳صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

در سال ۱۹۱۱، كامرلينگ اونس  هنگام كار كردن در آزمايشگاه دماي پايين خود كشف كرد كه در دماي چند درجه بالاي صفر مطلق، k 2/4، جريان الكتريسيته مي تواند بدون هيچ اتلاف اختلاف پتانسيل در فلز جيوه جريان پيدا كند. او اين واقعه منحصر به فرد را ابررسانايي  ناميد. كامرينگ در سخنراني نوبل سال ۱۹۱۳ گزارش داد كه حالت ابررسانايي مي تواند به وسيله اعمال ميدان مغناطيسي به اندازه كافي بزرگ از بين رود. 
در حالي كه يك جريان القاء شده در يك حلقه بسته ابررسانا به مدت زمان فوق العاده زيادي باقي مي ماند و از بين نمي رود. او اين رخداد را به طور عملي با آغاز يك جريان ابررساني در يك سيم پيچ در آزمايشگاه ليدن و سپس حمل سيم پيچ همراه با سرد كننده‌اي كه آن را سرد نگه مي‌داشت، به دانشگاه كمنويج به عموم نشان داد. بعد از كشف، ابررسانايي در بيش از يك هزار فلز، آلياژ، تركيبات و حتي شبه رساناها يافت شد. [۱]، اما هيچ نظريه اي براي توضيح ابررسانايي در طول ۴۶ سال بعد از كشف ارائه نگرديد. اولين دليل آن مي تواند اين باشد كه جامعه فيزيك تا حدود ۲۰ سال مباني علمي لازم براي ارائه راه حل براي اين مساله را نداشت: تئوري كوانتم فلزات معمولي. دوم اين كه تا سال ۱۹۳۳، هيچ آزمايش اساسي در اين زمينه انجام نشد.
در اين سال مايسنو و اوشنفلو گفتند كه يك ابررسانا نه تنها در برابر عبور جريان مقاومت صفر دارد،بلكه به‌طور هم‌زمان‌ خاصيت ديامغناطيس‌نيز از خود نشان مي‌دهد.در سال۱۹۳۴، گورتر و كايسيمير  مدل دو مشاوره‌اي را ارائه دادند. 
طبق اين مدل ابررسانا از دو نوع الكترون آزاد تشكيل شده:۱- ابرالكترون (n2) 2- الكترون‌هاي معمولي(nn)با افزايش دما از صفر تا Tc چگالي الكترون‌هاي ابررسانشي كاهش و به چگالي الكترون‌هاي معمولي اضافه مي شود و در دماي انتقال تمام الكترون ها به صورت الكترون هاي معمولي در مي آيند.
سوم اينكه، وقتي مباني علمي لازم بدست آمد، به زودي واضح شد كه انرژي مشخصه وابسته به تشكيل ابررسانايي بسيار كوچك مي باشد، حدود يك ميليونيم انرژي الكتروني مشخصه حالت عادي، بنابراين نظريه پردازان توجه شان را به توسعه يك تفسير رويدادي از جريان ابررسانايي جلب كردند. اين مسير را لاندئو  رهبري مي كرد. كسي كه در سال ۱۹۵۳ به همراه گينزبرگ  يك تئوري پديده شناختي را مطرح كردند و يك سري معادلات را فرمول بندي كردند، اما هرگز نتوانستند علت رخ دادن اين پديده را توضيح دهند.[۲] 
يك كليد راهنما در سال ۱۹۵۰ ميلادي بدست آمد، وقتي كه محققان در دانشگاه روتگزر كشف كردند كه دماي انتقال به حالت ابررسانايي سرب با عكس M  ارتباط دارد. M.M جرم ايزوتوپ سرب است. از آنجا كه انرژي الرزشي شبكه همان بستگي را با M   دارد، كوانتاي پايه آنها، فونون ها، بايد نقشي در ظهور حالت ابررسانايي داشته باشند. سرانجام در سال ۱۹۵۷، سه فيزيك دان به نام‌هاي باردين، كوپر و شيرفر  نظريه ميكروسكوپي خود را ارائه كردند كه بعدا به نام تئوري BCS شناخته شد. 
در سال ۱۹۶۵ نقش فونونها در دماي گذار ابررسانايي در اثر ايزوتوپ تاييدي بر نظريه BCS بود. همچنين كوانتش شار و جريان تونلي شاهدان ديگري بر باور اين نظريه بودند. 
سومين رخداد مهم در تاريخ ابررسانايي در سال ۱۹۸۶ اتفاق افتاد. تا اين سال دانشمندان تلاش زيادي را مصروف كشف ابررسانا با دماي انتقال بالاتر كردند. ولي تنها ثمره اين تلاش‌ها ماده   با k23بود كه در سال۱۹۷۳كشف شد. تا اينكه در سال۱۹۸۶، بدنور و مولر  در حال كار كردن از آزمايشگاه IBM نزديك شهر زوريخ سوئيس، مقاله اي با عنوان« امكان در رساناي دماي بالا در سيستم “Ba-La-Cu-O” منتشر كردند.[؟ ] 
اين كشف باعث ايجاد زمينه اي جديد در علم فيزيك شد: مطالعه ابررساناهاي دماي بالا در سال ۱۹۸۷ اين دو دانشمند با فرض اينكه مواد با اثر جان تلر  مشخص نيز مي توانند ابررساناهايي با دماي گذار بالا توليد كنند، اكسيد نيكلي را بررسي كردند، كه ابررسانايي را نشان نداد سپس آنها اكسيدهاي مس را مورد بررسي قرار دادند،  واقع در هشت وجهي متشكل از اتمهاي اكسيژن، اثر جان تلر بزرگي از خود نشان مي داد. آنها نمونه هايي از مس- لانتانيوم- باريم در اختيار داشتند كه بر خلاف پيشگويي نظريه BCS اوليه، دماهاي گذار بالاتر از K 35 را نشان مي دادند. طي مدت زمان كوتاهي
 Y-Ba-Cu-O (YBCO يا ۱۲۳Y) با دماي گذار بالاي K 80 ساخته شد.[۲و۴]
از آنجايي كه كار با نيتروژن مايع راحت تر و كم هزينه تر از كار با هليم مايع مي باشد، كشف اين ابررساناها تحول بزرگي در زمينه تحقيقاتي بوجود آورد، مطالعه ابرساناهاي دماي بالا چنان گسترش يافته است كه محققان بسياري به دنبال نظريه ميكروسكوپي براي توجيه خواص غير عادي اين مواد هستند.
در سال ۱۹۸۸ دو دسته تركيبات جديد ابررسانايي كشف شدند اين تركيبات عبارت بودند از Bi-Sr-Ca-Cu-O(BSCCO) وTi-Ba-Ca-Cu-O(TBCCO) كه مانند۱۲۳Y شامل دسته صفحات  بودند. به دنبال آن در سال ۱۹۹۳ تركيبات اكسيد جيوه يافت شدند كه دماي گذار آنها براي فازهاي مختلف بين ۹۴ تا ۱۶۵ كلوين است. دماي گذار  در فشار اتمسفر، K 135 است كه در فشار بالاتر به بالاي K 60 اهم مي رسد[۵ و۲].
ابررساناهاي دماي بالا همه در چند خصوصيات اصلي مشترك اند: ناهمسانگردند، ساختار بلوري لايه لايه دارند و در ساختار آنها صفحات  نقش اصلي را بازي مي كند. بي شك پديده ابررسانايي يكي از مسائل مهم و مورد علاقه علم فيزيك است كه تا كنون هشت جايزه نوبل كه به اين موضوع اختصاص يافته در هيچ موضوع ديگري سابقه ندارد.
۱-۲ ساختار بلوري سيستم بيسموت(BSCCO)
فازهاي اصلي ابررسانايي موجود در سيستم بيسموت عبارتند از :  مشهور به ۲۲۰۱، با دماي گذار حدود  ،  معروف به ۲۲۱۲ با دماي گذار  ،  يا ۲۲۲۳ با دماي گذار  .
اين تركيبات ابرشبكه هايي چارگوشي  يا راستگوشي و ساختار لايه اي دارند. در ساختار اين تركيبات مابين صفحات  كاتيونهاي قليايي خاكي مانندCa مي توانند قرار داشته باشد، اين مجموعه صفحات و كاتيونهاي بين آنها بوسيله لايه هاي BiO وSrO از يكديگر جدا مي‌شوند.(شكل۱-۱) 
اين تركيبات در دماي اتاق رسانا نيستند، ساختار اين تركيبات بسيار ناهمسانگرد است، ولي در زير دماي گذارشان ابررسانا مي شوند. حامل هاي بار در اين تركيبات حفره است[۷] و در لايه هاي Cu-O حركت مي‌كنند كه ناشي از كمبود اكسيژن در لايه‌هايBi-O مي باشند[۸]، اكنون ساختار بلوري  اين تركيبات را به طور مختصر بررسي مي كنيم.
تركيب  : ساختار شبه چارگوشي و با ابعاد ۳A 4/24 * 9/3 * 9/3 دارد. اتمهاي مس در اين ساختار در يك هم آرايي ۸ تايي قرار دارند. اتمهاي اكسيژن‌در مكانهاي ۱O و ۲O در شكل(۱-۱)، قابل مشاهده است كه مس و ۱O در صفحات با فاصله A 9/1 = 1Cu-O در همارايي مربعي قرار دارند و اتمهاي ۲O درست بالا و پايين هر اتم مس در فاصله A 6/2  قرار گرفته اند. اين مجموعه يك هشت وجهي ۶CuO را تشكيل مي دهد. صفحه  در ميان صفحات SrO قرار گرفته است. 
فاصله ميانگين A 7/2 = Sr-O و دو لايه اي هاي ۲O2Bi مجموعه Sr-Cu-Sr را احاطه كرده اند. بيسموت در يك همارايي هشت وجهي واپيچيده قرار دارد. طول چهار پيوند  در صفحه بين A2/2 تا A 9/2 و طول شش پيوند كه دو لايه سازنده دو لايه ايهاي ۲O2Bi را متصل مي كنند از A3 بزرگتر است. اين پيوند، بلند و ضعيف و به موازات محور C است و در همه فازهاي ابررساناي سيستم با پايه بيسموت وجود دارد.[۹]
  • بازدید : 52 views
  • بدون نظر

دانلود رایگان تحقیق ابر رسانا ها-خرید اینترنتی تحقیق ابر رساناها-دانلود رایگان مقاله ابر رسانا ها-تحقیق ابر رساناها

این فایل در ۲۸صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

ابر رسانا به معنی فوق رسانا می‌باشد و در واقع می‌توان گفت که این واژه در مورد رسانایی فوقالعاده قوی بکار می‌رود و اجسامی را که دارای این خاصیت باشند، اجسام ابر رسانا گویند
تاریخچه 
اولین بار در سال ۱۹۰۸ وقتی که کمرلینگ اونز در دانشگاه لیون موفق به تولید هلیوم مایع گردید، دمایی که در آن اجسام به ابررسانا تبدیل می‌شوند، حاصل شد. چند سال قبل از او معلوم شده بود که مقاومت فلزات وقتی که دمای آنها به پایینتر از دمای اتاق برسد، کاهش پیدا می‌کند. اما معلوم نبود که اگر درجه حرارت تا حدود کلوین تنزل پیدا کند، مقاومت تا چه حد کاهش پیدا خواهد کرد.
اونز که با پلاتنیم کار می‌کرد متوجه شد که مقاومت نمونه وقتی که سرد می‌شود تا یک مقدار کم کاهش پیدا می‌کرد که این کاهش به درجه خلوص نمونه بستگی داشت. در آن زمان خالصترین فلز قابل دسترس جیوه بود. اونز دریافت که پایینتر از ۴ درجه کلوین جیوه به یک حالت دیگری از خواص الکتریکی که کاملا با حالت شناخته شده قبلی متفاوت بود، رفته است و این حالت تازه حالت ابر رسانایی نام دارد.

بعدها کشف شد که ابر رسایی را می‌توان از بین برد ( یعنی می‌توان مقاومت الکتریکی را مجددا باز گردانید) و در نتیجه معلوم شد که اگر یک میدان مغناطیسی قوی به فلز اعمال شود، این فلز در حالت ابر رسانایی دارای خواص مغناطیسی بسیار متفاوتی با حالت درجه حرارتهای معمولی می‌باشد. تا کنون مشخص شده است که نصف عناصر فلزی و همچنین چندین آلیاژ در درجه حرارتهای پایین ابر رسانا می‌شوند
انواع ابر رسانا 
ابر رسانای نوع اول: اغلب عناصری که ابر رسانا هستند ابر رسانایی از نوع اول را از خود نشان می‌دهند.
ابر رسانای نوع دوم: آلیاژها عموما ابر رسانای نوع دوم هستند.

این دو نوع ابر رسانا چندین خاصیت مشابه دارند اما رفتار مغناطیسی بسیار متفاوتی از خود بروز می‌دهند. به واسطه این تفاوتها میتوان این دو نوع را از هم تشخیص داد. 
دمای گذار به ابر رسانایی 
دمایی که یک ابر رسانا در آن دما مقاومت خودش را از دست می‌دهد، دمای گذار یا دمای بحران ابر رسانا نامیده می‌شود. هر چند ناخالصیهای مغناطیسی دمای گذار TC را پایین می‌اورند، ولی در حالت کلی دمای گذار TC به مقادیر کم ناخالص زیاد حساس نیست. البته تحقیقات در درجات حرارت پایینتر ممکن است ابر رساناهای جدیدی را بشناساند، اما دلیل اساسی برای این که تمام فلزات حتی در صفر مطلق باید خاصیت ابر رسانایی از خود نشان دهند وجود ندارد. با وجود این باید توجه کرد که ابر رسانایی پدیده نادری نیست. حدودا نصف عناصر فلزی ، معلوم شده است ابر رسانا هستند و به علاوه تعداد زیادی از آلیاژها نیز ابر رسانا می‌باشند.

ممکن است یک آلیاژ حتی اگر از دو فلزی که هیچکدام خود نشان ابر رسانا نیستند تشکیل شده باشد، ابر رسانا باشد. ابر رسانایی ممکن است توسط هادیهایی که فلز به مفهوم عادی نیستند نیز نشان داده شود. برای مثال مخلوط نیمه هادی اکسیدهای با سیم و سرب و بیسموت یک ابر رسانا می‌باشد و همچنین پلمیر پلیسولنور نیتروژن شیمیایی NX در حدود ۰٫۳ درجه کلوین ابر رسانا شده است. 
مفهوم مقاومت صفر 
مفهوم این که یک فلز ابر رسانا دارای هیچ نوع مقاومتی نیست، در حقیقت به این معنی است که موقعی که جریان از آن عبور کند ولتاژی در دو سر فلز مشاهده نمی‌شود و هیچگونه انرژی از عبور جریان تولید نمی‌شود. این مطلب البته در مورد جریان مستقیم با مقدار ثابت صحیح است. اگر جریان تغییر کند یک میدان الکتریکی تشکیل شده و تعدادی توان تلف می‌شود. برای دانستن دلیل این امر باید رفتار الکترونهای هدایت را در ابر رساناها مورد مطالعه قرار دهیم. 

رفتار مغناطیسی ویژه یک ابر رسانا 
اثر مایسنر:
در سال ۱۹۳۳ مایسنر و اوشن فلر دو دانشمند آلمانی توزیع شار مغناطیسی را در خارج از فلزات قلع و سرب که در یک میدان مغناطیسی تا دمای گذار سرد شد بود اندازه‌ گیری کردند. آنها دریافتند که نمونه‌های مورد آزمایش با وجودی که در میدان مغناطیسی سرد شده بودند در دمای گذارشان بطور آنی به یک دیا مغناطیس کامل تبدیل شده و منقار داخلی حذف می‌شود. 
نفوذ پذیری و پذیرفتاری یک ابر رسانا 
ابر رسانا یک دیا مغناطیس کامل است و دلیلش این است که شار مغناطیسی تولید شده توسط جریانهای سطحی در همه جا در داخل ، منقار میدان مغناطیسی اعمال شده خارجی را دقیقا خنثی می‌کند. 
خاصیت منحصر به فرد ابر رسانا 
ابر رساناها دو خاصیت منحصر بفرد از خود بروز می‌دهند. این در خاصیت همان رسانندگی کامل و خاصیت دیا مغناطیس کامل ابر رساناها می‌باشد. رسانندگی آنها ، همانطور که آزمایشهای اصلی اونس و آزمایشهای بعدی نشان دادند، اساسا بینهایت است. همچنین آنها شار مغناطیسی را بطور کامل طرد می‌کنند. به شرط اینکه میدان مغناطیسی در روی سطح ابر رسانا در هیچ جا از میدان بحرانی بیشتر نباشد. این خواص از این لحاظ که هیچکدام از دیگری نتیجه نمی‌شوند مستقل در یکدیگرند. ولی هر دو باید از نظریه‌های رضایت بخش ابر رسانایی نتیجه شوند، که می‌شوند. 
مباحث مرتبط با عنوان 
ابر رسانا ها 


اگردماي فلزات مختلف را تا دماي معيني(دماي بحراني) پايين اوريم پديده شگرفي در انها اتفاق مي افتد كه طي ان به ناگهان مقاومتشان را در برابرعبور جريان برق تا حد صفراز دست خواهند داد .وتبديل به ابررسانا خواهند شد. 

(البته موادي مانند نقره نيز هستند كه مقاومت ويژه شان حتي در دماي صفر درجه كلوين نيز صفر نمي شود).هرچند در اين دما ميتوان بسياري از مواد را ابر رسانا نمود محققا ن براي رسيدن به چنين دمايي مجبورند از هليم مايع ويا هيدرژن استفاده كنند كه بسيار گرانند . 

امروزه ابر رسانايي را در موادي ايجاد مي كنند كه دماي بحرانيشان زيادتر از ۷۷ درجه كلوين است كه براي رسيدن به چنين دمايي از ازت مايع استفاده مي كنند كه نقطه جوشش ۷۷ درجه كلوين است. 

تاريخجه ابررسانا يي 

ابررسانايي براي اولين باردر سال ۱۹۱۱ توسط هايك كامرلينگ اونس(۱۹۲۶-۱۸۵۳)مطرح گرديد. وي دماي يك ميله منجمد جيوه اي را تا دماي نقطه جوش هليم مايع(۴٫۲ درجه كلوين )پايين اوردد و مشاهده نمود كه مقاومت ان ناگهان به صفر رسيد. سپس يك حلقه سربي را در دماي ۷ درجه كلوين ابررسانا نمود و قوانين فارادي را بر روي ان ازمايش كردومشاهده نمود وقتي با تغيير شار در حلفه جريان القايي توليد شود. 

حلقه سربي برعكس رسانا هاي ديگر رفتارمي نمايديعني پس از قطع ميدان تا ماداميكه در حالت ابر رسانايي قرار داردجريان اكتريكي را حفظ مي كند. به عبارتي اگريك سيم ابررسانا داشته باشيم پس از بوجود امدن جريان الكتريكي دران بدون مولد الكتريكي ( مثل باطري يا برق شهر )نيز مي تواند حامل جريان باشد. 

اگر در همين حالت ميدان مغناطيس قوي در مجاورت سيم ابررسانا قرار دهيم ويا دماي سيم را با لاتر از دماي بحراني ببريم جريان در ان بسرعت صفر خواهد شد چون دراين حالتها سيم را از حالت ابررسانايي خارج كرده ايم . 

اقاي اونس با همين كشف جايزه نوبل فيزيك در سال ۱۹۱۳ را از ان خود نمود.در عكس بالا اونس و همسرش نشسته و دوستان دانشمند مانند البرت انيشتين در پشت سر وي قرار دارند. 

اثرمايسنر 

سپس در سال ۱۹۳۳ Meissner وOschsenfeld مطابق شكل نشان دادند كه وقتي ماده مورد ازمايش قبل از ابررسانا شدن در ميدان مغناطيسي باشد شار از ان عبور ميكند ولي وقتي در جضور ميدان به دماي بحراني برسدو ابررسانا گردد ديگر هيچگونه شار مغناطيسي از ان عبور نمي كند تبديل به يك ديامغناطيس كامل مي شود كه شدت ميدان درون ان صفر خواهد بود. 

عتیقه زیرخاکی گنج