Қатты денелер физикасы
жүктеу/скачать 26,78 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Жоғары температуралы асқын өткізгіштік
- 7 ТАРАУ
- Атомдардың магниттік моменттерінің табиғаты
- Ферромагнетиктердің негізгі қасиеттері
Джозефсон эффектісі1962 жылы ағылшын физигі Джозефсон екі ерекше эффектінің болуы мүмкін екендігін жорамалдады. Кейіннен олар тәжірибе жүзінде табылды. Джозефсонның стационар эффектісі. Екі асқын өткізгіштен тұратын туннельдік контакті арқылы тұрақты токтың өтуі мүмкіндігі. Олар қалыңдығы ﾵ ﾧ-тең жұқа диэлектрик қабатымен бөлінген. Шынында да, бұл кезде потенциалдар айырмасы керегі жоқ! Электрон күйін толқындық функциямен сипаттауға болады: ﾵ ﾧ, мұндағы ﾵ ﾧ – бірінші металдағы толқындық функцияның фазасы ﾵ ﾧ; екінші металдағы ﾵ ﾧ. Барлық жұптар бірдей күйлерде болатындықтан , бірінші металдағы барлық жұптар үшін ﾵ ﾧ, ал екіншідегі барлық жұптар үшін ﾵ ﾧ ( ﾵ ﾧ. Асқын өткізгіштердің осындай қасиеті фазалық когеренттілік деп аталады. Екі асқын өткізгіш арасын түйістірсек, онда оларда фазалар айырмасы болады және токтың тығыздығы мынаған тең: ﾵ ﾧ (6.4) Осы құбылыс толқындық функция фазасының фундаментальдылығын дәлелдейді. Бұл толқындық функцияның фазасымен анықталатын макроскопиялық құбылысқа жасалған ең алғашқы эксперимент. Джозефсонның стационар емес эффектісі Е Мысалы, ﾵ ﾧболғанда, ﾵ ﾧ Гц. Джозефсон сәулеленуін алғаш рет америка (Живер және басқалар, сәулелну қуатыﾵ ﾧВт) және Харковта советтер одағы ғалымдары тәжірибе жүзінде бақылап, тіркеді. Бұл эксперименттер БКШ теориясын дәлелдеді: 1) электрондар жұптасады; 2) куперов жұптары бір кванттық күйді толтырады. Ескерту: Электромагниттік сәулелену кернеу бермеген кезде де пайда болуы мүмкін, егер стационар эффектіде ток қандай да бір критикалық мәннен артып кетсе. Бірақ бұл кезде контактіде кернеудің түсуі болады, ол стационар емес эффектіге алып келеді.
1986 жылдың сәуірінде Мюллер мен Беднорцтың ﾵ ﾧ жүйесінде жоғары температуралы асқын өткізгіштіктің болу мүмкіндігі» деген мақаласы шықты. Онда ﾵ ﾧК температурада керамикада кедергінің бірден түсуі туралы жазылған. Бұған дейін көптеген зертханалар ﾵ ﾧК максимал мәнді көп жылғы эксперименттер арқылы ала алмаған еді. Ең таң қалдыратыны бұл жүйе кәдімгі температурада керамикалық диэлектрик болатыны. 6.8-сурет Иттриевті керамикада жоғары температуралы асқын өткізгіштіктің бар екендігін көрсететін график 1987 жылы асқын өткізгіштік керамикалар ﾵ ﾧ және ﾵ ﾧ анықталды (ﾵ ﾧК). Әртүрлі керамикалардың асқын өткізгіштігін анықтауға арналған зерттеулер кең ауқымда басталып кетті. 1987 жылдың наурызында Хьюстон университетінде иттриевті керамикада ﾵ ﾧК температура алынды. (6.8-сурет). Бұл құбылыс жоғары температуралы асқын өткізгіштік деп аталды. Оның механизмі әлі күнге дейін ашылған жоқ. БКШ- теориясы беретін максимал температура ﾵ ﾧК. Жоғары температуралы асқын өткізгіштікті практика жүзінде қолдану мүмкін емес, себебі барлық керамикалар морт сынғыш, механикалық беріктілігі аз. Ғылым мен техниканың даму тарихы бұл құбылыстың механизмінің ашылып, оны практика жүзінде қолданатын әдістің пайда болатынына көзімізді жеткізді. 7 ТАРАУҚАТТЫ ДЕНЕЛЕРДІҢ МАГНЕТИЗМІЗаттың магниттік сипаттамалары көп жағдайларда оның диэлектриктік қасиеттерімен дәл келеді. Бағытталған магниттiк поляризация бағытталған диэлектриялық поляризация ұқсас. Тұрақты магниттік диполдері (моменттер) бар атомдар мен молекулалар сияқты, тұрақты электрлік диполдері бар атомдар мен молекулалар да болады. Көптеген материалдар спонтанды магниттелінеді, сол сияқты кейбір заттар спонтанды электрлік моменттерге ие. Осы және басқа көптеген ұқсастықтарына байланысты диэлектриктік және магниттік құбылыстарды зерттеулер қатар жүргізіледі. Заттардың магниттік және электрлік қасиеттері арасындағы ең басты айырмашылықты атап өту керек. Электр зарядтары (монопол) оң және теріс зарядты болады. Магниттік зарядтар болмайды, барлық магнит өрісін тұйық токтар тудырады. Диамагнетизм және парамагнетизм туралы қысқаша «Электр және магнетизм» бөлімінде айтылды (3.8 бөлім). Бұл жеткілікті, себебі техникада бұл құбылыстар көп қолданылмайды. Бұл бөлімде ферромагнетиктер және олардың табиғатына басты көңіл бөлінді. Атомдардың магниттік моменттерінің табиғатыМагниттік моменттің пайда болуының екі негізгі себебі бар: электронның орбитальды қозғалысы мен оның спині. 7.1 - сурет Орбитальды магниттік және механикалық моменттерді түсіндіруге арналған сурет
ﾵ ﾧ. (7.1) Электронның орбитальды механикалық моменті (импульс моменті) ﾵ ﾧ (7.2) модулі ﾵ ﾧ. Яғни ﾵ ﾧ орбитаға жанама бойымен бағытталады, ал ﾵ ﾧ – радиус – жанамаға әрқашан да перпендикуляр, ендеше ﾵ ﾧ. Осыдан: ﾵ ﾧ. Гиромагниттік қатынас ( бөлшектің магниттік моментінің оның механикалық моментіне қатынасы: ﾵ ﾧ (7.3) Электронның орбитальдық моментінен басқа меншікті механикалық моменті (спин) мен магниттік моменті бар («Атомдық физика»-ны қара). Эксперимент жүзінде сыртқы магниттік өріс бағытындағы моменттердің проекциялары өлшенеді. Электрон спині проекциясының модулі мынаған тең: ﾵ ﾧ, электронның меншікті магниттік моменті проекциясы Бор магнетонына тең: меншікті моменттерге арналған гиромагниттік қатынас ﾵ ﾧ. (7.4) 1914 жылы С. Барнетт механомагниттік эффектіні (намагничивание ﾵ ﾧ-үлгіні тез айналдырғанда магниттелінуі) және 1915 жылы А. Эйнштейн және В. де Гааз (1915 г.) магнитомеханикалық эффектіні зерттегенде ферромагнетиктердің гиромагниттік қатынасы ﾵ ﾧ-ге тең екендігін тапты. Ол кезде бұл түсініксіз болған, себебі электронның спині туралы ешкім ештеңе білмеген. 1925 жылдан кейін ферромагнетизм электронның меншікті магниттік моментіне байланысты екендігі белгілі болды.
Ферромагнетиктер дегеніміз ішкі өрістері оны тудыратын сыртқы магнит өрісінен көптеген (жүздеген және мыңдаған) есе көп заттар. Оларға ﾵ ﾧ, ﾵ ﾧ, ﾵ ﾧ және жер бетінде сирек кездесетін екі металл ﾵ ﾧ және ﾵ ﾧ жатады. Таза темірдің магниттік өтімділігінің ең максимал мәні ﾵ ﾧ, ал пермаллойдікі (қоспа ﾵ ﾧ ( 22% және ﾵ ﾧ ( 78%) ﾵ ﾧ. Ферромагнетизм тек қана кристалдарда байқалады, ал аморфтық және бу тәрізді темірде ферромагнетизм болмайды. 1872 жылы А.Г. Столетов докторлық диссертация қорғады, онда ең алғаш рет жұмсақ темірге арналған ﾵ ﾧ және ﾵ ﾧтәуелділіктері берілді (5.2-сурет). Мұндағы ﾵ ﾧ ( темірмен салыстырғанда сыртқы өріс кернеулігі. Ф  ерромагнетизмнің классикалық феноменологиялық теориясын француз ғалымы П. Вейссом (1865–1940 жж.) ашты. Вейсс теориясының негізіне екі гипотезасы жатады: 1) Температурасы Кюри температурасынан ﾵ ﾧ кіші фероромагнетиктер сыртқы магнит өрісіне тәуелсіз өздігінен магниттеледі; 2) барлық ферромагнетик өздігінен өздігінен қорытқы магниттік моменті нөлге тең болатындай етіліп магниттелетін аймақтарға (домендер) бөлінеді. Кейіннен домендер эксперимент жүзінде табылды: ең жиі кездесетіндерінің өлшемі 10–100 мкм, көлемі ﾵ ﾧ. Әрбір домен қанығу күйіне дейін магниттеледі, сыртқы магнит өрісі оларды бағыттайды (бұрады), яғни бірден тұтас аймақтарды, сондықтан В тез артады, Н –тың өсуіне байланысты (5.2 а-сурет). Магниттік қанығу барлық домендер өріс әсерінен бағытталып болғанда басталады. Бұл аймақтағы ﾵ ﾧ-ның аздап артуы ﾵ ﾧ өсуіне байланысты, себебі ﾵ ﾧ (7.2 а-сурет). ﾵ ﾧ қисығындағы майысу нүктесі ﾵ ﾧ-дің максимал мәніне сәйкес келеді (7.2 б-суреттегі ﾵ ﾧ нүктесі), ﾵ ﾧ болса, ﾵ ﾧ кемиді, ол ﾵ ﾧ болғанда ﾵ ﾧ-тың артуына байланысты: ﾵ ﾧ. Д  омендердің өлшемдері кристалдық тордағы бұзылулар мен энергетикалық баланстармен анықталады. Кез келген жүйе минимал энергиясы бар күйге ұмтылады. Сондықтан 7.3 - суреттегі а және в құрылымдық типтер қолайсыз, себебі магнит өрісі үлгінің сыртына шығып, қосымша энергияны алып кетеді. Энергия біршама азаяды да, магнит өрісінің күштік сызықтары магнетик ішінде тұйықталады (7.3- суреттегі в және г) Бір доменді екінші доменнен бөлетін шекара домен қабырғасы деп аталады. Бұл ферромагнетиктің қандай да бір аймағы, онда магниттік моменттердің бір бағыттан екінші бағытқа ауысып бағытталуы өтеді (7.4-сурет). Д  омен қабырғасы пайда болу үшін энергия қажет. Жаңа қабырғалардың пайда болуы үлгінің магнит энергиясының артуына алып келеді де, домендерге бөліну тоқталады. Домендер қабырғаларының қалыңдығы минимум энергиямен анықталады, ол 102 – 103 ангстремді құрайды.
Д  2 2 омендердің магниттік моменттерінің бағытталынуы негізінде екі тәсілмен жүзеге асады: 1) домендер қабырғаларының қозғалысы нәтижесінде сыртқы магнит өрісі баяу өзгергенде: магниттік моменттері өріс бойынша бағытталған домендер өлшемдері көршілес домендер есебінен артады. 2) сыртқы магнит өрісі(ﾵ ﾧ) тез артқанда, домендердің өлшемдері өзгеріссіз қалады да, атомдардың магниттік моменттерінің домендер ішінде бағытталуы жүреді. Сонымен қоса, бағытталудың аралас механизмі де болуы мүмкін. 7.2 а-суретте көрсетілген қисық магниттелінудің негізгі қисығы деп аталады, ол сыртқы магнит өрісінде болып үлгермеген жаңа үлгілерде алынады. Бірақ та, ﾵ ﾧ ең үлкен мәнінен нөлге дейін азайтсақ, онда ﾵ ﾧ өзгерісі 2 қисықпен сипатталады (7.5-сурет): ﾵ ﾧ болғанда магнит индукциясы шекті оң мәнге ие болады (ﾵ ﾧ-қалдық магниттеліну). Нөлдік магниттелінуді алу үшін коэрцитивті күш деп аталатын кері магниттелінуді жоятын өрісті ﾵ ﾧ беру керек. Коэрцитивті күштің шамасына қарай магниттер «қатты» және «жұмсақ» болып екіге бөлінеді (7.5-сурет). «Қатты» магниттерде гистерезис тұзағы іс жүзінде тік бұрышты (7.5 б-сурет), оларды есте сақтау қондырғыларында қолдану ыңғайлы. «Жұмсақ» магниттерде жиі-жиі магниттеліну болады, мысалы, олардан трансформатор темірлерін жасайды. ﾵ ﾧ (гистерезис тұзағы) болуы көршілес домендердің магнит моменттері сыртқы магнит өрісі болмаған кезде домендердің бағытталып орналасуларын өзгертуге кедергі келтіреді. ﾵ ﾧ мәні ірі симметриялы емес домендерден тұратын үлгілерде жоғары болады, олар шынында да өте жиі орналасқан көршілес домендердің жанында бұрыла алмайды. Қалдық магниттелінуді бұзу үшін үлгіні соғу немесе қатты шайқау қажет. Сондықтан, тұрақты магниттерді соғуға болмайды. ﾵ ﾧ дейін қыздырудың өзі домендердің бағытталынып орналасуларын бұзады және ﾵ ﾧ кемиді.
жүктеу/скачать 26,78 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
гер екі асқын өткізгіш контактісіне тұрақты потенциалдар айырмасын берсек, онда контактіден электромагниттік толқындар сәулеленеді. Жұптар энергиясы контакті арқылы өткенде ﾵ ﾧ артады, мұндағы ﾵ ﾧ – берілген потенциалдар айырмасы. Асқын өткізгіш арқылы ток өткенде энергия қажет емес және ол электромагниттік толқындар түрінде шығарылады (суретті қара). ﾵ ﾧ.