تحقیق در مورد آشنایی با ابررسانه

توضیحات

 تحقیق در مورد آشنایی با ابررسانه دارای 25 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد تحقیق در مورد آشنایی با ابررسانه  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی تحقیق در مورد آشنایی با ابررسانه،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن تحقیق در مورد آشنایی با ابررسانه :

آشنایی با ابررسانه

1-1 مقدمه
در سال 1911، كامرلینگ اونس هنگام كار كردن در آزمایشگاه دمای پایین خود كشف كرد كه در دمای چند درجه بالای صفر مطلق، k 2/4، جریان الكتریسیته می تواند بدون هیچ اتلاف اختلاف پتانسیل در فلز جیوه جریان پیدا كند. او این واقعه منحصر به فرد را ابررسانایی نامید. كامرینگ در سخنرانی نوبل سال 1913 گزارش داد كه حالت ابررسانایی می تواند به وسیله اعمال میدان مغناطیسی به اندازه كافی بزرگ از بین رود.

در حالی كه یك جریان القاء شده در یك حلقه بسته ابررسانا به مدت زمان فوق العاده زیادی باقی می ماند و از بین نمی رود. او این رخداد را به طور عملی با آغاز یك جریان ابررسانی در یك سیم پیچ در آزمایشگاه لیدن و سپس حمل سیم پیچ همراه با سرد كننده‌ای كه آن را سرد نگه می‌داشت، به دانشگاه كمنویج به عموم نشان داد. بعد از كشف، ابررسانایی در بیش از یك هزار فلز، آلیاژ، تركیبات و حتی شبه رساناها یافت شد. [1]، اما هیچ نظریه ای برای توضیح ابررسانایی در طول 46 سال بعد از كشف ارائه نگردید. اولین دلیل آن می تواند این باشد كه جامعه فیزیك تا حدود 20 سال مبانی علمی لازم برای ارائه راه حل برای این مساله را نداشت: تئوری كوانتم فلزات معمولی. دوم این كه تا سال 1933، هیچ آزمایش اساسی در این زمینه انجام نشد.

در این سال مایسنو و اوشنفلو گفتند كه یك ابررسانا نه تنها در برابر عبور جریان مقاومت صفر دارد،بلكه به‌طور هم‌زمان‌ خاصیت دیامغناطیس‌نیز از خود نشان می‌دهد.در سال1934، گورتر و كایسیمیر مدل دو مشاوره‌ای را ارائه دادند.

طبق این مدل ابررسانا از دو نوع الكترون آزاد تشكیل شده:1- ابرالكترون (n2) 2- الكترون‌های معمولی(nn)با افزایش دما از صفر تا Tc چگالی الكترون‌های ابررسانشی كاهش و به چگالی الكترون‌های معمولی اضافه می شود و در دمای انتقال تمام الكترون ها به صورت الكترون های معمولی در می آیند.
سوم اینكه، وقتی مبانی علمی لازم بدست آمد، به زودی واضح شد كه انرژی مشخصه وابسته به تشكیل ابررسانایی بسیار كوچك می باشد، حدود یك میلیونیم انرژی الكترونی مشخصه حالت عادی، بنابراین نظریه پردازان توجه شان را به توسعه یك تفسیر رویدادی از جریان ابررسانایی جلب كردند. این مسیر را لاندئو رهبری می كرد. كسی كه در سال 1953 به همراه گینزبرگ یك تئوری پدیده شناختی را مطرح كردند و یك سری معادلات را فرمول بندی كردند، اما هرگز نتوانستند علت رخ دادن این پدیده را توضیح دهند.[2]
یك كلید راهنما در سال 1950 میلادی بدست آمد، وقتی كه محققان در دانشگاه روتگزر كشف كردند كه دمای انتقال به حالت ابررسانایی سرب با عكس M ارتباط دارد. M.M جرم ایزوتوپ سرب است. از آنجا كه انرژی الرزشی شبكه همان بستگی را با M دارد، كوانتای پایه آنها، فونون ها، باید نقشی در ظهور حالت ابررسانایی داشته باشند. سرانجام در سال 1957، سه فیزیك دان به نام‌های باردین، كوپر و شیرفر نظریه میكروسكوپی خود را ارائه كردند كه بعدا به نام تئوری BCS شناخته شد.

در سال 1965 نقش فونونها در دمای گذار ابررسانایی در اثر ایزوتوپ تاییدی بر نظریه BCS بود. همچنین كوانتش شار و جریان تونلی شاهدان دیگری بر باور این نظریه بودند.
سومین رخداد مهم در تاریخ ابررسانایی در سال 1986 اتفاق افتاد. تا این سال دانشمندان تلاش زیادی را مصروف كشف ابررسانا با دمای انتقال بالاتر كردند. ولی تنها ثمره این تلاش‌ها ماده با k23بود كه در سال1973كشف شد. تا اینكه در سال1986، بدنور و مولر در حال كار كردن از آزمایشگاه IBM نزدیك شهر زوریخ سوئیس، مقاله ای با عنوان« امكان در رسانای دمای بالا در سیستم “Ba-La-Cu-O” منتشر كردند.[؟ ]

این كشف باعث ایجاد زمینه ای جدید در علم فیزیك شد: مطالعه ابررساناهای دمای بالا در سال 1987 این دو دانشمند با فرض اینكه مواد با اثر جان تلر مشخص نیز می توانند ابررساناهایی با دمای گذار بالا تولید كنند، اكسید نیكلی را بررسی كردند، كه ابررسانایی را نشان نداد سپس آنها اكسیدهای مس را مورد بررسی قرار دادند، واقع در هشت وجهی متشكل از اتمهای اكسیژن، اثر جان تلر بزرگی از خود نشان می داد. آنها نمونه هایی از مس- لانتانیوم- باریم در اختیار داشتند كه بر خلاف پیشگویی نظریه BCS اولیه، دماهای گذار بالاتر از K 35 را نشان می دادند. طی مدت زمان كوتاهی

Y-Ba-Cu-O (YBCO یا 123Y) با دمای گذار بالای K 80 ساخته شد.[2و4]
از آنجایی كه كار با نیتروژن مایع راحت تر و كم هزینه تر از كار با هلیم مایع می باشد، كشف این ابررساناها تحول بزرگی در زمینه تحقیقاتی بوجود آورد، مطالعه ابرساناهای دمای بالا چنان گسترش یافته است كه محققان بسیاری به دنبال نظریه میكروسكوپی برای توجیه خواص غیر عادی این مواد هستند.

در سال 1988 دو دسته تركیبات جدید ابررسانایی كشف شدند این تركیبات عبارت بودند از Bi-Sr-Ca-Cu-O(BSCCO) وTi-Ba-Ca-Cu-O(TBCCO) كه مانند123Y شامل دسته صفحات بودند. به دنبال آن در سال 1993 تركیبات اكسید جیوه یافت شدند كه دمای گذار آنها برای فازهای مختلف بین 94 تا 165 كلوین است. دمای گذار در فشار اتمسفر، K 135 است كه در فشار بالاتر به بالای K 60 اهم می رسد[5 و2].

ابررساناهای دمای بالا همه در چند خصوصیات اصلی مشترك اند: ناهمسانگردند، ساختار بلوری لایه لایه دارند و در ساختار آنها صفحات نقش اصلی را بازی می كند. بی شك پدیده ابررسانایی یكی از مسائل مهم و مورد علاقه علم فیزیك است كه تا كنون هشت جایزه نوبل كه به این موضوع اختصاص یافته در هیچ موضوع دیگری سابقه ندارد.

1-2 ساختار بلوری سیستم بیسموت(BSCCO)
فازهای اصلی ابررسانایی موجود در سیستم بیسموت عبارتند از : مشهور به 2201، با دمای گذار حدود ، معروف به 2212 با دمای گذار ، یا 2223 با دمای گذار .
این تركیبات ابرشبكه هایی چارگوشی یا راستگوشی و ساختار لایه ای دارند. در ساختار این تركیبات مابین صفحات كاتیونهای قلیایی خاكی مانندCa می توانند قرار داشته باشد، این مجموعه صفحات و كاتیونهای بین آنها بوسیله لایه های BiO وSrO از یكدیگر جدا می‌شوند.(شكل1-1)

این تركیبات در دمای اتاق رسانا نیستند، ساختار این تركیبات بسیار ناهمسانگرد است، ولی در زیر دمای گذارشان ابررسانا می شوند. حامل های بار در این تركیبات حفره است[7] و در لایه های Cu-O حركت می‌كنند كه ناشی از كمبود اكسیژن در لایه‌هایBi-O می باشند[8]، اكنون ساختار بلوری این تركیبات را به طور مختصر بررسی می كنیم.
تركیب : ساختار شبه چارگوشی و با ابعاد 3A 4/24 * 9/3 * 9/3 دارد. اتمهای مس در این ساختار در یك هم آرایی 8 تایی قرار دارند. اتمهای اكسیژن‌در مكانهای 1O و 2O در شكل(1-1)، قابل مشاهده است كه مس و 1O در صفحات با فاصله A 9/1 = 1Cu-O در همارایی مربعی قرار دارند و اتمهای 2O درست بالا و پایین هر اتم مس در فاصله A 6/2 قرار گرفته اند. این مجموعه یك هشت وجهی 6CuO را تشكیل می دهد. صفحه در میان صفحات SrO قرار گرفته است.
فاصله میانگین A 7/2 = Sr-O و دو لایه ای های 2O2Bi مجموعه Sr-Cu-Sr را احاطه كرده اند. بیسموت در یك همارایی هشت وجهی واپیچیده قرار دارد. طول چهار پیوند در صفحه بین A2/2 تا A 9/2 و طول شش پیوند كه دو لایه سازنده دو لایه ایهای 2O2Bi را متصل می كنند از A3 بزرگتر است. این پیوند، بلند و ضعیف و به موازات محور C است و در همه فازهای ابررسانای سیستم با پایه بیسموت وجود دارد.[9]

شكل(1-1) ساختار بلوری فازهای مختلف ابررسانای BSCCO
تركیب :صفحهCu-Oدر ساختار 2201 با مجموعه صفحات در ساختار2212 جایگزین شده است، كه فاصله صفحات 2CuO تا Ca تقریبا A 66/1 است. اتمهای مس در یك هم آرایی5 تایی با اتم های اكسیژن قرار دارند كه این اتمهای اكسیژن در یك هرم مربعی قرار دارند.ساختار شبه‌چهارگوشی‌با ابعاد3A 8/30 * 9/3 * 9/3برای سلول واحد2212گزارش شده است.[10]

تركیب : در این تركیب ساندویچ ، جانشین صفحه 2CuO در تركیب 2201 شده است. اتمهای مس در صفحات بیرونی در همارایی هرم مربعی قرار دارند، مانند تركیب 2212، اما اتمهای مس در صفحه میانی در همارایی صفحه مربعی هستند. ساختار گزارش شده برای تركیب شبه چهارگوشی با ابعاد 3A 1/37 * 8/3 * 8/3 است[11].

1-3 مفهوم ابررسانایی
درك مفهوم ابررسانایی، درك مفاهیم زیر را در بر دارد.
1-3-1 دمای گذار
دمایی كه در آن فلز مقاومتش را از دست داده و به حالت ابررسانایی منتقل می شود. دمای بحرانی ابررسانا می نامند.
1-3-2 معادلات لندن، عمق نفوذ و جریان های پوششی

وقتی یك نمونه ابررسانا در میدان مغناطیسی خارجی قرار می گیرد جریان های سطحی (پوششی) در یك لایه نازك از سطح نمونه به وجود می آیند كه جهت آنها به گونه ای است تا شار مغناطیسی درون ابررسانا صفر شود. در نتیجه چگالی شار در مرز نمونه سریعا به صفر تنزل پیدا نمی كند و در داخل این لایه نازك سطحی میرا می شود. عمقی كه این جریان ها در آن جاری می شوند عمق نفوذ نامیده می‌شود. عمق نفوذ، كوتاه‌ترین فاصله در یك ابررسانا است كه در آن، میدان مغناطیسی به مقدار خود روی سطح می رسد. اگر در فاصله x داخل نمونه چگالی شار مغناطیسی به مقدار B(x) كاهش یابد، می توان عمق نفوذ را توسط رابطه زیر تعیین كرد[6].

(1-1)
كه در آن (0)B چگالی شار مغناطیسی در روی سطح نمونه می باشد. رابطه(1-1) نشان می دهد كه چگالی شار مغناطیسی در داخل نمونه به صورت نمایی میرا می شود.
1-3-3 اثر مایسنو
ماده ابررسانا یك دیامغناطیس كامل است. وقتی یك نمونه ابررسانا در میدان مغناطیسی خارجی قرار می گیرد. به طور كامل شار مغناطیسی را طرد می كند. طرد شار مغناطیسی نمونه ابررسانا در میدان خارجی بدلیل جریان های سطحی است كه برای از بین بردن شار داخل نمونه ابررسانا، روی سطح به وجود می آیند و از نفوذ میدان مغناطیسی به داخل نمونه جلوگیری می كنند.
1-3-4 نظریه BCS :
در سال 1957 باردین، كوپر و شریفر تئوری میكروسكوپی ابررسانشی را مطرح كردند كه بسیاری از خواص عناصر ابررسانا را به طور كمی پیش‌بینی می كند.[6]
1-3-5 اندركنش الكترون – فونون:
طبق این تئوری، بر هم كنش الكترون – فونون باعث خلق حالت ابررسانایی می شود. همچنین بر هم كنش الكترون- الكترون نیز می شود، كه این بر هم كنش از نوع جاذبه است و اگر از دافعه كولنی قوی‌تر باشد،الكترونها به صورت زوج الكترون در می‌آیند. در این حالت، زوج الكترون‌ها كه به زوجهای كوپر معروفند، بدون برخورد با مقاومت در داخل فلز حركت كرده و ابررسانایی را بوجود می آورند. به این ترتیب كه اگر در اثر یك فرایند پراكندگی با یك الكترون شبكه، یك فونون خلق یا نابود شود، بلافاصله این فونون توسط یك فرایند پراكندگی با یك الكترون دیگر نابود یا خلق خواهد شد. در نتیجه یك فونون بین دو الكترون مبادله می شود. به عبارت دیگر، دو الكترون توسط یك فونون، باعث پراكندگی یكدیگر شده و در نتیجه با هم بر هم كنش می كنند[6].
در حقیقت موقعی كه یكی از الكترونها با بردار تكانه 1K مثلا با گسیل یك فونون با بردار تكانه q طبق اصل پایستگی تكانه به حالت مطابق شكل (1-2) می رود. باعث نوسان موضعی الكترونها و افزایش چگالی الكترونی(بار منفی)، حالت جدید می شود كه در نتیجه یونهای مثبت اطراف را جذب می كند تا افزایش چگالی الكترونی را جبران كند. اما به علت حركت كند یونها در اثر جرم بزرگشان، یك افزایش چكالی بار مثبت در اطراف الكترون، تولیده شده كه باعث جذب یك الكترون دیگر با بردار تكانه 2k می‌شود. به عبارت دیگر الكترون‌دوم با جذب‌فونون به‌حالت می‌رود.

شكل(1-2) برهم كنش الكترون – الكترون توسط گسیل و جذب یك فونون[1]و
چون الكترون از حالت k به k’ برانگیخته می شود، باید حالت k پر و k’ خالی باشد كه در 0 = T تنها در نزدیك سطح فرمی تمام حالت های درون سطح فرمی اشغال شده اند، در حالی كه حالت های خارج از سطح، خالی‌اند این حالت پایه با كمترین انرژی می باشد. بنابراین فقط الكترونهای نزدیك سطح فرمی می توانند به خارج سطح برانگیخته شوند، چون جاذبه بین دو الكترون ناشی از تبادل یك فونون بین آنها است و با توجه به این كه انرژی یك فونون می باشد، بنابراین انرژی الكترون ها هنگام برانگیختگی از k به k’ به اندازه تغییر می كند. در نتیجه تنها الكترونهایی یكدیگر را جذب می كنند كه اختلاف انرژی آنها از انرژی فرمی كمتر از باشد. الكترونها ذراتی با اسپین هستند. برای این كه یك جفت كوپر به صورت یك سیستم، همانند یك ذره تنها فرض شود باید 0= St پس دو الكترون باید دارای اسپین هایی در خلاف جهت یكدیگر باشند.[7]

همچنین دو الكترون زوج كوپر، باید دارای اندازه حركت های مساوی  در خلاف جهت یكدیگر باشند زیرا همان طور كه گفتیم، عكس العمل یونها بسیار كند است و در مدت زمان حركت یونها به سمت الكترون اول، این الكترون از مكان اولیه خود مقداری جابجا شده و از چگالی مثبت حاصل از یونها دور می شود. در نتیجه برای این كه الكترون دوم كه در اثر چگالی مثبت یونها جذب شده، به طرف الكترون اول حركت كند باید جابجایی الكترون اول در راستا و در خلاف جهت حركت یونها و در نتیجه در خلاف جهت الكترون دوم باشد.

برای دریافت اینجا کلیک کنید