სუპერგამტარ მასალების მაგალითი

სუპერგამტარი მასალაა ის, რაც აჩვენებს ელექტროენერგიის გატარების უნარს, გარკვეულ პირობებში წინააღმდეგობის ან ენერგიის დანაკარგების წარმოდგენის გარეშე. ამ ხარისხს სუპერგამტარობას უწოდებენ და ის 1911 წელს აღმოაჩინა ჰაიკე კამერლინგ ონესმა.

დაასკვნეს, რომ, ტემპერატურის შემცირებისთანავე მეტალის გამტარი მასალის ელექტრული მდგრადობა თანდათან ღარიბდება; ამასთან, ჩვეულებრივ გამოყენებულ კონდუქტორებში, როგორიცაა სპილენძი Cu და Silver Ag, ისეთი დეფექტები, როგორიცაა მინარევები, წარმოქმნის ჭერის მნიშვნელობას ნივთიერებაში. სპილენძის შემთხვევაში, თუნდაც აბსოლუტურ ნულთან ახლოს, ნაჩვენებია არა ნულოვანი წინააღმდეგობა.

სუპერგამტარის წინააღმდეგობა მკვეთრად ეცემა ნულს, როდესაც მასალა გაცივდება მის კრიტიკულ ტემპერატურაზე დაბლა. სუპერგამტარ მავთულში მიედინება ელექტროენერგია ენერგიის წყაროს გარეშე განუსაზღვრელი ვადით. ფერომაგნეტიზმისა და ატომური სპექტრული ხაზების მსგავსად, ზეგამტარობაც კვანტური მექანიკის ფენომენია.

სუპერგამტარების მაგნიტური ხასიათი

მიუხედავად იმისა, რომ სუპერგამტარების ყველაზე გამორჩეული თვისებაა წინააღმდეგობის არარსებობა, არ შეიძლება ითქვას, რომ ეს არის უსასრულო კონდუქტომეტრული მასალა. სინამდვილეში, ტიპის I სუპერგამტარ მასალა შესანიშნავად დიამაგნიტურია

. დიამაგნეტიზმი არის მასალის ხარისხი, რომელიც საშუალებას აძლევს მას გაყაროს მაგნიტური ველები. პარამაგნეტიზმის საწინააღმდეგოდ, რომელიც შედგება მაგნიტური ველის მოზიდვაზე რეაგირებისგან. ეს ნიშნავს, რომ ის არ აძლევს მინდვრის შეღწევას, რაც მაისნერის ეფექტის სახელითაა ცნობილი.

მაგნიტური ველები განასხვავებენ სუპერგამტარების ორ ტიპს: I ტიპი, რომლებიც არ აძლევს გარე მაგნიტური ველის შეღწევას (რაც გულისხმობს მაღალ ენერგიულ ძალისხმევას და გულისხმობს სუპერგამტარ მდგომარეობის უეცარ დაშლას კრიტიკული ტემპერატურის გადაჭარბების შემთხვევაში), და II ტიპის, რომლებიც არასრულყოფილი ზეგამტარებია, იმ გაგებით, რომ ველი ეფექტურად აღწევს მცირე არხების საშუალებით, რომლებსაც აბრიკოსოვის მორევები ან ფლუქსონები ეწოდება. სუპერგამტარების ეს ორი ტიპი სინამდვილეში ორი განსხვავებული ეტაპია, რომლებიც იწინასწარმეტყველეს ლევ დავიდოვიჩ ლანდაუმ და ალექსეი ალექსეიჩიჰ აბრიკოსოვმა.

როდესაც სუსტი გარე მაგნიტური ველი გამოიყენება ტიპის II სუპერგამტარზე, ის შესანიშნავად მოიგერიებს მას. გაზრდის შემთხვევაში, სისტემა არასტაბილური ხდება და იწყებს მორევის შემოღებას ენერგიის შესამცირებლად. ამ მორევთა რიცხვი იზრდება, თავსდება მორევულ ქსელებში, რომელთა დაკვირვებაც შესაძლებელია შესაბამისი ტექნიკის გამოყენებით. როდესაც ველი საკმარისად დიდია, დეფექტების რაოდენობა იმდენად მაღალია, რომ მასალა აღარ არის სუპერგამტარად. ეს არის კრიტიკული ველი, რომელიც აჩერებს მასალის სუპერგამტარობას და ეს დამოკიდებულია ტემპერატურაზე.

სუპერგამტარების ელექტრული ხასიათი

სუპერდიამაგნეტიზმის გაჩენა განპირობებულია მასალის მიერ სუპერცნების შექმნის შესაძლებლობით. ზედმეტი დენები ელექტრონების დინებებია, რომლებშიც ენერგია არ იშლება, ასე რომ მათი შენარჩუნება სამუდამოდ შეიძლება არ დაემორჩილოს ენერგიის დაკარგვის ჯოულ ეფექტს სითბოს წარმოქმნის გამო. დენები ქმნიან ძლიერ მაგნიტურ ველს, რომელიც აუცილებელია მაისნერის ეფექტის შესანარჩუნებლად. ეს იგივე დინებები საშუალებას იძლევა ენერგია გადაეცეს ენერგიის ხარჯვის გარეშე, რაც წარმოადგენს ამ ტიპის მასალების ყველაზე გამორჩეულ ეფექტს.

იმის გამო, რომ ზეგამტარ ელექტრონთა რაოდენობა სასრულია, მასალის მიმდინარეობის მოცულობა შეზღუდულია. ამიტომ, არსებობს კრიტიკული მიმდინარეობა, საიდანაც მასალა წყვეტს ზეგამტარობას და იწყებს ენერგიის გაფანტვას.

II ტიპის სუპერგამტარებში ფლუქსონების გამოჩენა იწვევს ამას, თუნდაც ქვედა დენებისთვის კრიტიკულად, ენერგიის გაფრქვევა ვლინდება გრიგალების ატომებთან მორევების შეჯახების გამო.

მაღალი ტემპერატურის სუპერგამტარები

სუპერგამტარობის მისაღწევად საჭირო დაბალი ტემპერატურის გამო, ყველაზე გავრცელებულია მასალები ჩვეულებრივ, ისინი გაცივდებიან თხევადი ჰელიუმით (თხევადი აზოტი სასარგებლოა მხოლოდ მაღალსიჩქარიანი სუპერგამტარების დამუშავებისას). ტემპერატურა). საჭირო შეკრება არის რთული და ძვირადღირებული, გამოიყენება რამდენიმე პროგრამაში, მაგალითად ბირთვული მაგნიტური რეზონანსისთვის მძლავრი ელექტრომაგნიტების მშენებლობა (NMR).

80-იან წლებში ისინი აღმოაჩინეს მაღალი ტემპერატურის სუპერგამტარები, რომლებიც ავლენენ ფაზის გადასვლას თხევადი აზოტის თხევად-ორთქლის გადასვლაზე მაღალ ტემპერატურაზე. ამან შეამცირა ხარჯები ამგვარი მასალების შესწავლისას და კარი გაუხსნა მასალების არსებობას სუპერგამტარები ოთახის ტემპერატურაზე, რაც ნიშნავს რევოლუციას თანამედროვე სამყაროს ინდუსტრიაში.

მაღალი ტემპერატურის სუპერგამტარების მთავარი მინუსი არის მათი კერამიკული შემადგენლობა, რაც მათ უვარგისია პლასტმასის დეფორმაციით კაბელების დასამზადებლად. ამასთან, შემუშავებულია ახალი ტექნიკა ისეთი ფირების წარმოებისთვის, როგორიცაა IBAD (Ion Beam Assisted Deposition). ამ ტექნიკის საშუალებით მიღწეულია 1 კილომეტრზე მეტი სიგრძის კაბელები.

სუპერგამტარების გამოყენების მაგალითები

სუპერგამტარი ძალიან განსხვავებულად იქცევა ჩვეულებრივი კონდუქტორებისგან. ეს არ არის გამტარი, რომლის წინააღმდეგობაც ნულს უახლოვდება, მაგრამ წინააღმდეგობა ზუსტად უდრის ნულს. ამის ახსნა შეუძლებელია ჩვეულებრივი დრაივერებისთვის გამოყენებული ჩვეულებრივი მოდელებით, მაგალითად, დრუდეს მოდელი.

სუპერგამტარ მაგნიტები ცნობილი ყველაზე ძლიერი ელექტრომაგნიტებია. ისინი გამოიყენება მაგლევის (მაგნიტური ლევიტაციის) მატარებლებში, საავადმყოფოებში ბირთვული მაგნიტური რეზონანსული (NMR) აპარატებში და ნაწილაკების ამაჩქარებლის სხივის დამიზნებისას. ისინი ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას მაგნიტური გამოყოფისთვის, სადაც სუსტი მაგნიტური ნაწილაკები იღებენ ნაკლები ან არა მაგნიტური ნაწილაკების ფონზე, როგორც პიგმენტურ მრეწველობაში.

სუპერგამტარებს ასევე იყენებენ მობილური ტელეფონის საბაზო სადგურების ციფრული წრეებისა და რადიოსიხშირული და მიკროტალღური ფილტრების დასამზადებლად.

სუპერგამტარებს იყენებენ ჯოზეფსონის კვანძების ასაშენებლად, რომელთა საშენია SQUIDs (სუპერგამტარ კვანტურ ინტერფერენციულ მოწყობილობებს), ყველაზე ფართოდ ცნობილ მაგნიტომეტრებს მგრძნობიარე

სამუშაო რეჟიმის მიხედვით, ჯოზეფსონის კვანძი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ფოტონის დეტექტორი ან მიქსერი. წინააღმდეგობის დიდი ცვლილება ნორმალურიდან ზეგამტარ მდგომარეობაში გადასვლისადმი გამოიყენება კრიოგენულ ფოტონის დეტექტორებში თერმომეტრების ასაშენებლად.

ინოვაციური და პერსპექტიული პროგრამები მოიცავს მაღალი ხარისხის ტრანსფორმატორებს, ენერგიის შესანახი, ელექტროენერგიის გადაცემა, ელექტროძრავები და ლევიტაციური მოწყობილობები მაგნიტური

ამასთან, სუპერგამტარობა მგრძნობიარეა მაგნიტური ველების გადასაადგილებლად, ამიტომ პროგრამები გამოიყენეთ ალტერნატიული მიმდინარეობა, მაგალითად ტრანსფორმატორები, უფრო რთული იქნება, ვიდრე ისინი, რომლებიც იკვებება დენით განაგრძე.

ზეგამტარ მასალების მაგალითები

ეს შეიძლება იყოს ლითონები, როგორიცაა:

1. ტყვია
2. Ქილა
3. ცირკონიუმი
4. მერკური
5. ვოლფრამი
6. თუთია
7. ირიდიუმი
8. ვანადიუმი
9. ტიტანი
10. ლითიუმი
11. ბარიუმი
12. ბერილიუმი
13. კადმიუმი
14. ქრომი.

ეს შეიძლება იყოს არამეტალები ან მეტალოიდები, როგორიცაა:

1. ბორი
2. კალციუმი
3. Ნახშირბადის
4. სილიციუმი
5. მატჩი
6. ჟანგბადი
7. გოგირდი
8. სელენი
9. დარიშხანი
10. ბრომი
11. ინდური
12. ტალიუმი
13. ბისმუთი