ابر رسانایی چیست؟

در این انجمن می توانید در مورد مباحث علمی متفرقه گفتگو کنید.

مديران انجمن: Modir, مدیر سایت, مدیران بخش ها

ابر رسانایی چیست؟

پستتوسط shital » 8 دي ماه 1390, 23:38

  
ابررسانايي چيست ؟

از كشف ابررسانايي در سال 1911 ميلادي تا سال 1986 ، باور عموم بر آن بود كه ابررسانايي فقط مي تواند در فلزاتي در دماهاي بسيار پايين وجود داشته باشد، كه فقط در دماهاي حداكثر 25 درجه بالاي صفر مطلق اتفاق مي افتاد. با كشف ابررسانايي در دماهاي بالاتر در سال 1986 ، در موادي كه تقريبا ضد فرو مغناطيسي بودند، و در هواپيماهاي شامل a nearly square array of اتم هاي مس و اكسيژن، فصل جديدي در علم فيزيك باز كرد. حقيقتا، درك ظاهر شدن ابررسانايي در دماهاي بالا (حداكثر دماي 160 كلوين) يك مساله ي بزرگ براي بحث كردن مي باشد. تا آن جا كه امروزه بيش از ده هزار محقق روي اين موضوع تحقيق و بررسي انجام مي دهند.

پس از مقدمه اي بر مفاهيم پايه ي فلزات معمولي و مرسوم، دماي پايين، و ابررسانايي، مروري بر نتايج مشاهدات انجام شده در دهه ي گذشته خواهم داشت ، كه نشان مي دهند ابررساناهاي دماي بالا فلزات عجيبي با خواص غيرعادي بسيار بالاي ابررسانايي مي باشند. سپس، پيشرفت هاي نظري اخيري را شرح خواهم داد كه طبيعت چنين فلزات عجيب را آشكار مي سازد، و به شدت اين پيشنهاد را كه "تعامل مغناطيسي بين تحريكات ذره ي quasi مسطح است كه رفتار حالت عادي آن ها را به هم مي زند و باعث روي دادن حالت ابررسانايي در دماهاي بالا مي شود" پشتيباني و تاييد مي كنند.

  مقدمه :
  
در سال 1911 ، H. Kamerlingh-Onnes هنگام كار كردن در آزمايشگاه دماي پايين خود كشف كرد كه در دماي چند درجه بالاي صفر مطلق، جريان الكتريسيته مي تواند بدون هيچ اتلاف اختلاف پتانسيل در فلز جيوه جريان پيدا كند. او اين واقعه ي منحصر به فرد را "ابررسانايي" (Superconductivity) ناميد. هيچ نظريه اي براي توضيح اين رخداد در طول پنجاه و شش سال بعد از كشف ارائه نگرديد. تا وقتي كه در 1957 ، در دانشگاه الينويس ، سه فيزيكدان : John Bardeen ، Leon Cooper ، و Robert Schrieffer نظريه ي ميكروسكوپي خود ارائه كردن كه بعدا با نام تئوري BCS (حروف ابتدايي نام محققان ) شناخته شد. سومين رخداد مهم در تاريخ ابررسانايي در سال 1986 اتفاق افتاد، وقتي كه George Bednorz و Alex Mueller ، در حال كار كردن در آزمايشگاه IBM نزديك شهر زوريخ سوئيس، يك كشف مهم ديگر كردند : ابررسانايي در دماهاي بالاتر از دماهايي كه قبلا براي ابررسانايي شناخته شده بودند در فلزاتي كاملا متفاوت از آنچه قبلا فلز ابررسانا شناخته مي شود. اين كشف باعث ايجاد زمينه ي جديد ي در علم فيزيك شد : مطالعه ابررسانايي دماي بالا، يا .

در اين مقاله، كه براي غير متخصص ها تنظيم گشته است، اين را كه ما چقدر در فهم دماي بالا پيشرفت كرده ايم را توضيح خواهم داد و درباره چشم انداز هاي آينده ي توسعه ي يك نظريه ي ميكروسكوپي بحث خواهم كرد. من با مروري بر برخي مفاهيم پايه ي نظريه ي فلزات شروع مي كنم؛ برخي اقدامات كه منجر به ارائه ي نظريه BCS گشت را توضيح مي دهم؛ و كمي در باره ي تئوري BCS بحث خواهم كرد و آن را توضيح خواهم داد. سپس مختصرا در باره ي پيشرفت هايي كه به فهم ما از ابررسانايي و ابرسيالي، در جهان ارائه شده است، بحث خواهم كرد، پيشرفت هايي كه بوسيله الهام از تئوري BCS بدست آمده اند. كه شامل كشف رده هاي زيادي از مواد ابرسيال مي باشد، از هليوم 3 مايع كه چند ميلي درجه بالاتر از صفر مطلق به حالت ابرسيالي در مي آيد تا ماده ي نوترون موجود در پوسته ي سياره ي نوترون، كه در چند ميليون درجه به حالت ابرسيالي در مي آيد. سپس درباره ي تاثيرات كشف مواد ابررساناي دماي بالا بحث خواهم كرد ، و برخي نتايج تجربي كليدي را جمع بندي خواهم كرد. سپس يك مدل براي ابررسانايي دماي بالا ارائه خواهم داد ، نزديك به نظريه ي ضد فرومغناطيسي مايع فرمي ، كه به نظر داراي توانايي ارائه ي مقدار زيادي از خواص غيرعادي حالت معمولي مواد ابررساناي سطح بالا مي باشد. من با يك توضيح تجربي براي خواص جالب توجه حالت عادي ابررساناهاي پيش بيني شده و در دست بررسي جمع بندي و نتيجه گيري مي كنم، كه يك رده جالب از مواد را معرفي مي كند : مواد قابل تطبيق پيچيده . كه در آن بازخورد غيرخطي طبيعي، چه مثبت و چه منفي، نقشي حياتي در تعيين رفتار سيستم باز ي مي كنند.

  ابررساناهاي مرسوم : از كشف تا درك ...
  
در سخنراني نوبل خود در سال 1913 ، Kammerlingh-Onnes گزارش داد كه "جيوه در 4.2 درجه كلوين به حالت جديدي وارد مي شود، حالتي كه با توجه به خواص الكتريكي آن، مي تواند ابررسانايي نام بگيرد. او گزارش داد كه اين حالت مي تواند به وسيله ي اعمال ميدان مغناطيسي به اندازه ي كافي بزرگي از بين برود. 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 ابررسانايي در يك سيم پيچ در آزمايشگاه ليدن، و سپس حمل سيم پيچ همراه با سرد كننده اي كه آن را سرد نگه مي داشت به دانشگاه كمبريج به عموم نشان داد.

اين موضوع كه ابررسانايي مساله اي به اين مشكلي ارائه كرد كه 46 سال طول كشيد تا حل شود، خيلي شگفت آور مي باشد. دليل اول اين مي تواند باشد كه جامعه ي فيزيك تا حدود بيست سال مباني علمي لازم براي ارائه ي راه حل براي اين مسئله را نداشت : تئوري كوانتوم فلزات معمولي. دوم اينكه، تا سال 1934 هيچ آزمايش اساسي در اين زمينه انجام نشد. سوم اينكه، وقتي مباني عملي لازم بدست آمد، به زودي واضح شد انرژي مشخصه وابسته به تشكيل ابررسانايي بسيار كوچك مي باشد، حدود يك ميليونيم انرژي الكترونيكي مشخصه ي حالت عادي. بنابراين، نظريه پردازان توجه شان را به توسعه ي يك تفسير رويدادي از جريان ابررسانايي جلب كردند. اين مسير را Fritz London رهبري مي كرد. كسي كه در سال 1953 به نكته ي زير اشاره كرد :‌ "ابررسانايي يك پديده كوانتومي در مقياس ماكروسكوپي مي باشد ... با جداسازي حالت حداقل انرژي از حالات تحريك شده بوسيله ي وقفه هاي زماني." و اينكه "diamagntesim يك مشخصه بنيادي مي باشد."

اجازه بدهيد كمي درباره ي مباني علمي كوانتومي بحث كنيم. الكترون ها در فلز در پتانسيل متناوب توليد شده از نوسان يون ها حول وضعيتشان حركت مي كنند. حركت يون ها را مي توان بوسيله ي مد هاي جمعي كوانتيزه شده ي آنها، فونون ها، توجيه كرد. سپس در طي توسعه ي نظريه ي كوانتوم، نظريه ي پاولي اصل انفجار وجود دارد ، كه معناي آن بيانگر مفهوم آن است و آن اينكه - الكترونها به صورت اسپين نيمه كامل ذاتي (half integral intrinsic spin) قرار مي گيرند، و در نتيجه هيچ الكتروني نمي تواند طوري قرار بگيرد كه عدد كوانتوم آنها با هم يكي باشد. ذراتي كه به صورت اسپين نيمه كامل ذاتي قرار مي گيرند با نام فرميون ها (fermions) شناخته مي شوند، به خاطر گراميداشت كار هاي فرمي (Fermi) كه ، همراه با دياك (Diac) ، نظريه ي آماري رفتار الكترون در دماهاي محدود را توسعه دادند، اين تئوري با نام Fermi-Diac statistics شناخته مي شود. در توضيح فضاي اندازه حركت يك فلز ساده، حالت پايه يك كره در فضاي اندازه ي حركت مي باشد، كه اندازه ي شعاع آن، pf بوسيله ي چگالي فلز تعيين مي گردد. انرژي خارجي ترين الكترون ها، در مقايسه با انرژي گرمايي ميانگين آن ها، Kt بسيار بزرگ مي باشد. به عنوان نتيجه، تنها بخش كوچكي از الكترون ها ، ، در بالاتر از حالت پايه تحريك مي شوند. الكترون ها با هم ديگر ( قانون كلمب ) و با فونون ها تعامل مي كنند و رابطه دارند. تحريكات ابتدائي آن ها ذرات quasi ، (quasiparticles) مي باشند ، الكترون ها با ضافه ي ابر الكتروني وابسته به آنها و فونون هايي كه هنگام حركت از ميان شبكه الكترون را همراهي مي كند. يك بحث و مذاكره ي ابتدائي نشان مي دهد كه طول عمر يك quasiparticle تحريك شده بالاي سطح فرمي ( سطح كره ي فرمي ) تقريبا برابر مي باشد. مساله و مشكلي كه براي نظريه پردازان در رابطه با اين مساله پيش آمده، فهم چگونگي تحمل پذيري الكترون ها ي تعامل كننده هنگام رفتن به حالت ابررسانايي ، مي باشد. اين امر چگونه انجام مي شود ؟ توضيح رياضي مناسب براي اين امر چه مي باشد ؟

يك كليد راهنماي بسيار لازم در سال 1950 ميلادي بدست آمد، وقتي محققان در Nationa Bearue of Standards و دانشگاه روتگرز كشف كردند كه دماي انتقال به حالت ابررسانايي سرب بستگي به جرم ايزوتوپ آن، يعني M ، دارد ، و رابطه ي عكس با M1/2 دارد. از آنجايي كه انرژي لرزشي شبكه اي همان بستگي را با M1/2 دارد، كوانتاي پايه ي آنها، فونون ها ، بايد نقشي در ظهور و ايجاد حالت ابررسانايي بازي كند. در سال هاي بعدي، Herber Frohlich ، كه از پوردو از دانشگاه ليورپول بازديد مي كرد، و John Bardeen كسي كه آن زمان در آزمايشگاه هاي بل كار مي كرد، تلاش كردند نظريه اي با استفاده از تعامل الكترون ها و فونون ها ارائه بدهند، ولي شكست خوردند و موفق نشدند. كار انجام شده توسط آن ها را مي توان به كمك دياگرام هاي معرفي شده توسط ريچارد فاينمن (Richar Feynman) به تصوير كشيد، كه در قسمت (a) تصوير زير نشان داده شده است. در تصوير زير مي توان يك الكترون را مشاهده كرد كه يك فونون را آزاد مي كند و سپس آن را جذب مي كند. خواص آن بوسيله جفت شدن پويا با شبكه تغيير مي يابند و تغيير در انرژي آن نسبت عكس با M1/2 دارد . اما اين quasiparticle ها به حالت ابررسانايي در نمي آيند.

سپس Frohlich احتمال دوم را در نظر گرفت، حالتي كه در تصوير بالا قسمت (b) نشان داده شده است، كه در آن يك الكترون يك فونون را آزاد مي كند و الكترون دومي آن فونون را جذب مي كند. اين تعامل فونون القايي مي تواند براي الكترون ها ي نزديك سطح فرمي جذاب باشد. اين يك معادله فلزي waterbed مي باشد : دو شخص كه يك waterbed را به اشتراك مي گذارند، تمايل دارند تا به مركز آن جذب شوند، همان طوري كه روند القاء الكترون ها را جذب مي كند. (يك شخص تورفتگي را در waterbed القاء مي كند، تورفتگيي كه شخص دوم را جذب مي كند.) تعامل مطالعه شده توسط Frohlich در نگاه جذاب و زيبا به نظر مي رسد، كه هم جديد بود و هم ذاتا تناسب درستي با جرم ايزوتوپي، M ، داشت. اگر چه مشكلي بزرگ در درك چگونگي نقش بازي كردن آن وجود داشت، از آن جا كه تعامل پايه اي كلمب (Coulomb) بين الكترون ها دفع كننده مي باشد، و خيلي قوي تر مي باشد. همانطور كه لاندو (Laundau) قرار داد : "شما نمي توانيد قانون كولمب را لغو كنيد." اين اشكالي بود كه John Bardeen و نويسنده ي اين مقاله، ديويد پاينس (David Pines) (هنگامي كه اولين دانشجوي دكترا در دانشگاه ايليونيس در سال هاي 1952-1955 بود) ، آن را مورد انتقاد قرار دادند. چيزي كه آن ها پيدا كردند، به وسيله ي توسعه ي يك راهبرد كه David Bohm و David Pines قبلا براي فهم تعامل هاي جفت الكترون ها در فلزات توسعه داده بودند، اين بود كه "پيام ، متوسط است ." ("The Medium is the message") . وقتي آن ها اثر رويه ي به پرده در آوردن الكترونيكي (Electronic Screening) روي هر دو تعامل الكترون-الكترون و الكترون-آهن را در نظر گرفتند، فهميدند كه حضور جزء تشكيل دهنده ي دومي، يونها ، يك تعامل جذاب شبكه اي را بين يك جفت الكترون كه تفاوت انرژي آن ها از انرژي يك فونون بنيادين كمتر مي باشد، ممكن مي سازد .

كه در آن ثابت دي الكتريك استاتيك وابسته به watervector مي باشد، انرژي فونون مي باشد، q انتقال اندازه ي حركت مي باشد، و تفاوت بين انرژي الكترون ها مي باشد. ترتيب ها آن به صورت جزئي تر توسط Leon Cooper مطالعه شده است . او فهميد كه به خاطر اين جذابيت شبكه اي، سطح فرمي حالت عادي مي تواند در دماهاي پائين به تشكيل جفت الكترون هايي با اسپين و اندازه حركت مخالف، بي ثبات شود. با كار او، راه حلي براي ابررسانايي نزديك بود. در سال 1957 ميلادي، هنگامي كه Bob Schrieffer ، كسي كه دانشجوي فارغ التحصيلي Bardeen در دانشگاه اليونيس بود، فهميد كه توضيح ميكروسكوپي داوطلب حالت ابررسانايي، مي تواند با به كار بردن راهبردي كه قبلا براي پلارن ها توسعه يافته بود، توسعه يابد. (به وسيله ي T.D. Lee ، Francis Low و David Pines ) به جفت هاي تعامل كننده ي كوپر. در هفته هاي بعدي، Bardeen ، Cooper ، و Schrieffer نظريه ي ميكروسكوپي ابررسانايي خود، تئوري BCS را ارائه دادند. كه اين تئوري در توضيح و تفسير رويداد ها ي ابررسانايي موجود و هم چنين در پيش گويي رويداد هاي جديد بسيار موفق بود. در جولاي 1959 ، در اولين كنفرانس عظيم در رابطه با ابررسانايي بعد از ارائه ي نظريه ي BCS ، (در دانشگاه كمبريج) ، David Schoenberg كنفرانس را با اين جمله آغاز كرد : "حالا ببينيم تا چه حدي مشاهدات با حقايق نظري جور در مي آيند ..."

  تئوري BCS و اثرات آن
  
در تئوري BCS جذابيت زيادي بين جفت الكترون هاي داراي اسپين و اندازه حركت مخالف هستند و مسئول انتقال به حالت ابررسانايي هستند وجود دارد. پايين درجه ي حرارت تبديل به حالت ابررسانايي، ، جفت هايي از هم چگال ها، يك حالت كوانتومي يگانه ي اشغال شده ي ماكروسكوپيك، كه بدون مقاومت جريان مي يابد، و ميدان هاي مغناطيسي خارجي ضعيف را screen out مي كند، باعث بوجود آمدن يك ديامگنتيزم اندازه گيري شده در اثر ميزنر (Meissner) مي شود. در دماهاي پايين، اين باعث مصرف انرژي محدودي مي گردد، ، براي جداسازي يكي از جفت ها در هم چگال؛ اين شكاف انرژي است كه توسط London پيش بيني شده بود؛ و اثرات آن بر روي خواص ابررسانايي توسط John Bardeen در سال هاي قبل از كشف و ارائه ي تئوري ميكروسكوپي به صورت رخدادي بررسي شده بود.بنابراين، حالت ابررسانايي توسط دو جزء تشكيل دهنده مجزا مشخص مي شود : يك ابرميدان (superfield) ، هم چگال، و يك سيال معمولي تشكيل شده از تحريكات تك ذره اي كه از جدا شدن از هم هم چگال در دماهاي محدود نتيجه مي شود. quasiparticle هاي تحريك شده كه سيال معمولي را تشكيل مي دهد، در پاسخ به ميدان هاي خارجي ، اثرات منسجم معلوم و مشخصي را از خود نشان مي دهند، پديده ي انسجام كه يكي از مشخص كننده هاي تئوري جفت كننده ي BCS مي باشد، اما وگرنه بصورت معمولي رفتار مي كنند، كه در آن با يكديگر، با فونون ها ، و با ديواره هاي ظرف شامل آن ها برخورد مي كنند. طول بنيادي كه رفتار منسجم در آن مي تواند اتفاق بيافتد، طول انسجام (coherence length) ، چند هزار برابر فاصله ي بين ذرات داخلي مي باشد. براي درك كردن آن چه اتفاق مي افتد، در نظر گرفتن قياس با يك زمين رقص پر شده از زوج هاي رقاص كه هماهنگ با موزيك حركت مي كنند، مي تواند كمك كننده باشد. در حالت عادي، زوج ها مرتبا با يكديگر برخورد مي كنند، اما در حالت ابررسانايي، آن زوج هايي كه تعلق به هم چگال دارند، داراي يك قيد و بند نامرئي مي باشند كه به آن ها اجازه مي دهد تا به راحتي به حول سالن رقص رقص كنند(a la Rogers And Astaire) و پرواز كنند. اگر زوج هاي جدا كننده اي وجود دارند؛ فقط منفردهاي تحريك شده ي غير متصل هستند كه با يكديگر و ديوار ه ي سالن رقص برخورد مي كنند. تبديل به ابررسانايي BCS اساسا متفاوت از آن چه ممكن است اگر زوج ها بالاي تشكيل شده باشند، سپس متراكم شوند، اتفاق بيافتد، مي باشد. و در مورد اخر، طول انسجام چندين برابر فضاي بين ذره اي مي باشد و بستگي به ندارد.

نظريه ي BCS اثر قابل توجهي در زمينه هاي ديگر فيزيك داشت. اين نظريه پيش بيني مي كند كه هر سيستم داراي فرميون هاي تعامل كننده، مي تواند به حالت ابررسانايي برود ، يا در صورت فرميون هاي بدون بار، يك تبديل ابرسيالي، يكي داراي تعامل جذاب براي فرميون هاي شبكه اي در مجراي تكانه ي زاويه اي ارائه دهد. كمي بعد از انتشار نتايج اوليه ي تئوري BCS ، Aage Bohr ، Ben Mottleson و David Pines ، در حال كار در كپنهاگ در سال 1957 ، نشان دادند كه نوترون ها و پروتون هاي موجود در هسته ي اتم به خاطر جذب دوسويه شان جفت مي شوند، و اينكه مي توان معماي قديمي پديده ي هسته اي را توجيه كند، در حالي كه Yoichiro Nambu در شيكاگو كشف كرد كه ترتيب جفت كردن BCS براي پديده هاي انرژي بالا در فيزيك ذرات ابتدائي پيدا مي شود. حضور ابرسيالات پروتون و نوترون در پالسارهاي (pulsar) تازه كشف شده در 1989 احضار شد. (توسط Gordon Baym ، Chris Pethick ، Mal Ruderman ، و David Pines ) به عنوان توضيح براي زوال طولاني مدت glitch ها (پرش هاي ناگهاني در مدت چرخش پالسار) كه در پالسارهاي Vela و Crab در سپتامبر و مارس 1969 كشف شده بود. از آنجايي كه اتمهاي هليوم 3 فرميون هستند و داراي جذب برد بالا مي باشند، به طور وسيعي انتظار مي رفت كه هليوم 3 به تبديل حالت ابرسيال برود، و جامعه فيزيك دماي پايين به دنبال نشانه هايي از آن تبديل گشت، يك جستجويي كه براي Doug Osheroff ، David Lee ، و Bob Richardson در دانشگاه كورنل موفقيت آميز بود، و در سال 1972 كشف كردند كه هليوم 3 چند ميلي درجه بالاي صفر مطلق ابر سيال مي شود.

نيازي به گفتن نيست كه، الهام شده توسط تئوري BCS ، آزمايشگر هاي مواد منقبض، رده ي جديدي از فلزات ابررسانا را معرفي كردند، و مشتاقانه به دنبال موادي كه در دماهاي نسبتا بالاتر از دماهاي تبديل كمتر از 20 كلوين، كه فلزات ابررساناي معمولي را مشخص مي كند، ابررسانا مي شوند، گشتند. دو رده ي جديد از ابررساناها كشف شدند : مواد الكترون سنگين ، CeCu2Si2 ، UPt3 ، و UBe13 كه توسط Frank Steglich ، Zackary Fisk ، Jim Smith ، و Hans Ott در آلمان، در حال كار كردن در Los Alamos ، به عنوان ابررسانا در دماهاي حدود يك كلوين شناخته شدند. در حالي كه Daniel Jerome در پاريس ابررسانايي را در فلزات آلي تقريبا دو بعدي در حدود ده درجه ي كلوين را كشف كرد. اگرچه ، باوجود تلاش هاي زياد Bend Matthias ، كه حدود صد ماده ي ابررسانا را كشف كرد، هنوز حد بالايي براي دماي مواد ابررسانا وجود داشت : 23 درجه ي كلوين ، درجه ي حرارتي كه از مكانيسم به كار رفته براي ابررسانايي ناشي مي شد، تعامل فونون-القائي.

  ابررساناهاي دمابالا
  
زمينه اي جديد در علم فيزيك آغاز شد هنگامي كه در 27 ژانويه 1986 ميلادي، Bednorz و Mueller يك افت مقاومت تيز را در La2-mBamCuO4 در دماي حدود 30 درجه ي كلوين مشاهده كردند. آن ها مقاله اي در اين باره به يكي از روزنامه هاي معتبر اروپائي، ZeitSchrift fur Physik فرستادند و مطالعه ي خود را برروي اين ماده ي جديد ادامه دادند تا اطمينان حاصل كنند كه تغيير مقاومت ناگهاني، تبديل به يك حالت ابررسانايي بوده. تا ماه اكتبر، آن ها اثر مايزنر (The Meissner Effect) را مشاهده كرده بودند ، بنابراين يك ماده ابررساناي جديد را به ثبت رساندند. نتايج آن ها در دنيا پخش شد، يك ماه بعد، Tanaka و همكاران وي در توكيو نتايج Bednorz-Muller را تأييد نمودند (يك تأييديه در يكي از روزنامه هاي ژاپني چاپ شد) در حالي كه كار آن ها در پكن توسط Zou و همكارانش پشتيباني و حمايت شد. (كار آنها در دسامبر در يكي از روزنامه ها توضيح داده شد.) در ماه بعد، در نتيجه ي يك تلاش همكارانه بين Paul Chu از دانشگاه هوستون و Mang-Kang Wu از دانشگاه آلاباما، عضو جديدي از خانواده مواد ابررساناهاي دما بالا كشف شد ، YBa2Cu3O7 كه داراي بالاي 70 درجه ي كلوين بود. بنابراين فقط در طي يك سال از كشف اصلي، دماي انتقال به حالت ابررسانايي افزايش سه برابر داشت. و واضح بود كه انقلاب ابررسانا ها هنوز شروع شده است. يك جشن براي بوجود آمدن اين فصل در علم فيزيك طي يك جلسه در نيويورك توسط انجمن فيزيك دانان آمريكايي در يك بعد از ظهر يكي از روزهاي مارس 1987 برگزار شد. اين جشن 3000 شركت كننده داشت و 3000 نفر نيز اين جشن را از طريق تلويزيون مشاهده مي كردند ...

در طول شش سال بعد، چند خانواده ي ديگر از ابررسانا ها كشف شدند، كه شامل سيستمهاي مبني بر -Tl و -Hg مي باشند، كه به ترتيب داراي حداكثر 120 كلوين و 160 كلوين مي باشند. همگي آنها يك ويژگي كه موجب روي دادن ابررسانايي دماي بالا بود، داشتند، وجود پلين هاي (planes) شامل اتم هاي O و Cu ي كه جدا شده بوسيله ي مواد پل كننده اي كه به عنوان حامل بار عمل مي كنند هستند. در طي اين مدت، حدود چند هزار مقاله در رابطه با ابررسانا ها منتشر گشت (و در زمان حاضر هم منتشر مي شود) بديهي گشت كه ابررسانايي دماي بالا وابسته به مسائل بزرگ فيزيك بسياري در طول دهه ي گذشته ي اين قرن بود. حداقل چهار دليل براي علاقه ي شديد به بالا وجود دارد : يك علاقه ي علمي ذاتي و باطني، طبيعت انتقال نظم و ترتيبي، (اين به حدود جدا كننده ي دانشمندان و شيمي دان هاي مواد از طريق فيزيكدان هاي نظري و تجربي مي رسد) ؛ كاربردهاي بالقوه براي مواد ي كه دردماهاي بالاتر از 77 كلوين (دمايي كه نيتروژن مايع مي شود) به عنوان ابررسانا عمل مي كنند، كاربردهايي كه مي توان در سيستم هاي تلفن سلولي اعمال كرد، خطوط انتقال ابررسانايي، ماشين هاي MRI استفاده كنند از مغناطيس هاي بالا، ميكروويو هاي استفاده كننده از مواد ابررساناي جديد، سيستم هاي ابررسانا/نيمه رساناي هيبريدي؛ و در آخر پيدا كردن ابررساناي دماي اتاق.

برخي مشخصه ها و خواص ابررسانا هاي جديد عبارتند از اينكه آن ها سراميك، و اكسيد هاي ورقه ورقه مي باشند كه در دماي اتاق فلزات ضعيف و بي ارزشي هستند، و مواد متفاوتي براي كار كردن هستند. شامل كمي حامل بار در مقايسه با فلزات معمولي هستند، و خواص انيسوتوروپيك (Anisotropic) الكتريكي و مغناطيسي هستند كه بطور قابل ملاحظه اي حساس به محتواي اكسيژن مي باشند. در حالي كه، نمونه هاي ابررساناي مواد 1-2-3 ، Yba2Cu3O7 ، را يك دانش آموز دبيرستاني نيز مي تواند در يك اجاق ميكروويو توليد كند، كريستال هاي يكتاي داراي درجه ي خلوص بالا براي تشخيص خواص فيزيكي ذاتي موادي كه ساختن آن ها به طور خيلي زيادي سخت است، لازم است.

در ادامه ي يك دهه كار، يك وفاق عمومي بر سر اين موضوع وجود دارد كه رفتار تحريكات ابتدائي در پلين هاي (planes) ، Cu-O يك كليد براي درك خواص حالت عادي اين ابررساناها ارائه مي دهد، و اينكه آن خاصيت غير حالت عادي شبيه به حالت عادي ابررساناهاي معمولي و دماي پايين مي باشند. همانطور كه مي توان در جدول زير مشاهده كرد، هم پاسخ بار (charge respons) - (اندازه گيري شده در مشاهدات نوري و انتقالي) و هم پاسخ اسپين (اندازه گيري شده در مشاهدات قابليت ايستا، تشديد مغناطيسي هسته اي (NMR) و مشاهدات متفرق ساختن غير الاستيك نوتورون ها (INS)) مواد بالا بسيار متفاوت از همتاهاي دماي پايين خود مي باشند.

علاوه بر اين، اساسا هيچ يك از خواص حالت ابررسانايي ، با خواص يك ابررساناي عادي يكي نيست، كه در آن جفت كردن BCS در حالت خط واحد اتفاق مي افتد و شكاف انرژي ذرات quasi در دماهاي پائين و ايزوتپريك، هنگامي كه يكي حول سطح فرمي حركت مي كند، محدود مي باشد. علي رغم اين حقيقت كه چيزي نسبتا جديد و متفاوت نياز است تا رفتار حالت عادي را درك كنيم، يك توافق و اجماع وجود دارد كه تئوري BCS ، اگر بطور مناسبي تغيير يابد، يك توضيح راضي كننده براي انتقال به حالت ابررسانايي و خواص مواد در آن حالت، مي دهد .

يك توافق تقريبي همچنين در رابطه با اجزاي سازنده ي پايه ي لازم براي درك ابررساناهاي دماي بالا وجود دارد. آن ها را مي توان به صورت زير خلاصه كرد :

عمل ابتدا در پلين هاي Cu-O رخ مي دهد، پس در تخمين اول، براي متمركز كردن هم توجه نظري و هم عملي روي رفتار تحريكات پلانار، و همچنين براي متمركز كردن بر روي دو سيستم مطالعه شده ، سيستم 1-2-3 (YBa2Cu3O7-m) و سيستم 2-1-4 (La2-mSrmCuO4) ، كفايت مي كند.

در دماهاي پائين هر دو سيستم عايق هاي آنتي فرو مغناطيس مي باشند با يك آرايه ي محلي +Cu2 كه علامت آن در داخل شبكه متناوبا عوض مي شود .

شخصي سوراخ هايي را بر روي پلين هاي Cu-O سيستم 1-2-3 با تزريق اكسيژن ايجاد مي كند، براي سيستم 2-1-4 اين كار با تزريق استرونتيوم انجام مي گيرد. سوراخ هاي حاصل روي مقر پلانار اكسيژن ، با اسپين هاي نزديك +Cu2 پيوند پيدا مي كنند، و حركت را براي ديگر اسپين هاي +Cu2 آسان مي سازد، و در روند، نابود كردن همبستگي هاي AF طولاني برد در عايق.

اگر كسي حفره هاي كافي را ايجاد كند، سيستم حالات پايه ي خود را از يك عايق به يك ابررسانا تغيير مي دهد.

در حالت عادي مواد ابررسانا ، اسپين هاي +Cu2 سيار، اما محلي يك مايع فرمي غير مرسوم را تشكيل مي دهند ، با اسپين هاي quasiparticle هاي نشان دهنده ي ارتباطات AF قوي، حتي براي سيستم هاي در سطح تخدير كه از حدي كه ماكزيمم مي باشد، تجاوز مي كند ، موادي كه با نام فرا-تخدير شناخته مي شوند.اگر چه هيچ توافقي بين تئوريسين ها بر سر اين كه چگونه يك توضيح نظريه اي داراي جزئيات براي curpate ها ارائه كنند. راهكرد هايي كه براي اينكار امتحان شد، را مي توان به از پايين به بالا- يا از بالا به پايين رده بندي كرد. در راهكرد از بالا به پائين، يكي مدلي را كه از قبل وجود داشته را انتخاب مي كند و راه حل هايي براي انتخاب هاي ديگر پارامترهاي مدل را توسعه مي دهد ، سپس تست مي كند كه آيا اين راه حل به نتايج منطبق بر شواهد و تجربيات رسيده اند يا نه. در يك راهكرد از پائين به بالا، يك از نتايج تجربي آغاز مي كند و تلاش مي كند تا يك توضيح پديده اي از يك زير مجموعه از نتايج تجربي را بدست آورد. سپس چند آزمايش ديگر را متناسب با توضيح بدست آمده انجام مي دهد ، با ترتيب ميكروسكوپي براي هر آزمايش، تا اينكه به نتايج مورد انتظار از محاسبات و مشاهدات دست بيابد. و فقط آن وقت، بدنبال يك مدل هميلتوني كه راه حلش ممكن است تئوري ميكروسكوپي كامل را ارائه دهد، بگردد و جستجو كند. Jonh Bardeen از اين راهكرد دوم براي كار كردن بر روي ابررساناهاي عادي و مرسوم استفاده كرد ، و در دانشگاه اوربانا از روش و راهكرد او براي كار برروي ابررساناي دماي بالا استفاده كردند.




برای نویسنده این مطلب shital تشکر کننده ها:
rsadeghi (8 دي ماه 1390, 00:28)
رتبه: 16.67%
 
نماد کاربر
shital
کاربر سایت
کاربر سایت
میزان پیشرفت تا رتبه بعدی:
85%
 
پست ها : 91
سن: 32
تاريخ عضويت: 19 آبان ماه 1389, 01:00
محل سکونت: خرم آباد
تشکر کرده: 1 دفعه
تشکر شده: 22 بار
امتياز: 1501
اعتبار: 0
کاربر معمولی
دادن اعتبار مثبت shitalدادن اعتبار منفی shital

بازگشت به مباحث علمی متفرقه

چه کسي حاضر است ؟

کاربران حاضر در اين انجمن: بدون كاربران آنلاين و 0 مهمان