Лекция тақырыбы: Металдардың электр өткізгіштігі. Металдардың электр өткізгіштігінің классикалық, кванттық теориялары. Асқын өткізгіштік құбылысы. Люминесценция. Вавилов заңы. Холл эффекті
жүктеу/скачать 0,9 Mb.
|
AVLUCCAVYDTD16042023150810
| 5.3.-сурет
температурада сынаптың салыстырмалы кедергісі, нольге дейін түсіп, индуцирленген электр тогы көп уақытқа дейін өзгермегені байқалды. Бұл құбылысты асқын өткізгіштік деп атады. Заттың асқын өткізгіштік күйге өту температурасын өту критикалық температурасы деп атады. Қазіргі кезде 22 химиялық элементтерде және 100-ден астам қоспаларда (мүмкін одан да көп) асқын өткізгіштік құбылысы анықталған. Бұл элементтер Менделеевтің периодикалық жүйесінде кестенің ортасында орналасқан. Кәдімгі температурада бұл элементтердің өткізгіштігі, асқын өткізгіштік құбылысына ие емес металдардың өткізгіштігінен төмен. Химиялық элементтердің асқын өткізгіштікке өту температурасы элементтің изотопиялық құрылымына тәуелді. Бұл тәуелділік мына қатынаспен анықталады: мұндағы М-элементтің орташа атом ауырлығы (әртүрлі изотоптардан тұратын элементтің атом ауырлығы). Асқын өткізгіштікке ие таза металға қоспаны енгізсек, металдың дән шекарасындағы бұзылу немесе пластикалық деформация асқын өткізгіштік күйге өту нақтылығын өзгертеді, бірақ өтудің өзін жоймайды. Бұл құбылыс, асқын күйге өткенде электрондар металл торларымен әсерлесуінің жойылуымен байланысты деп қарастыруға болады. Магнит өрісінің әсерінен асқын өткізгіштік күй жойылуы мүмкін. Бұл құбылыста магнит өрісі өткізгішке сырттай әсер етеді ме, әлде өткізгіштің өзіндегі токтың өріс әсер етуден бе, бәрі бір. Тек өріс кернеулігі Нк критикалық өріс кернеулігінен төмен болмауы керек. Өткізгіштің температурасы төмендеген сайын Нк өседі. 1933 жылы Мейснер магнит өрісіне өткізгішті орналастырған да, ол асқын өткізгіштік күйге өткенде өзінен магнит индукция сызығын тебетіндігін анықтаған: 5.4.-сурет а) – кәдімгі күйдегі өткізгіш орналасқан кездегі магнит индукциясының ағыны. б) – асқын өткізгіштік күйге өткендегі магнит өріс ағыны сызықтарының тебілуі. Бұл құбылысты Мейснер эффекті деп атайды. Мейснер эффекті зат асқын өткізгіштік күйде болғанда ондағы магнит индукциясы В нольге тең болғандағы зат идеал диамагнетик екенін көрсетеді. Зат асқын өткізгіштік күйде болғанда ол нольдік кедергіде болғандығынан зат бұл қасиетке ие екендігін көрсетпейді. Идеал диамагнетизм және асқын өткізгіштік бірінен-бірі тәуелсіз асқын өткізгіштік күйдегі қасиеттері болып есептеледі. Заттың асқын өткізгіштікке өтуі жылу сыйымдылықтың секірме өзгеруімен қабат жүреді және мұндай заттың өтуін екінші түрдегі фазалық өту деп атайды. Секірме нүктесінде металда асқын өткізгіштік фаза туады, бұл фаза температура төмендеу барысында металл көлеміне таралады. Ландаудың көрсетуіне (зерттеу нәтижесіне) қарағанда, бұл өткінші күй күрделі қабыршақты (слоистую) құрылымға ие болуы керек. Бұл құрылымда кәдімгі нормаль фазаға ие аймақ асқын өткізгіштік аймақпен араласып жатады (переплетается). Бұл құрылымды эксериментальды Шальников пен Мешковский зерттеген. Таза металдың асқын өткізгіштік күйге өткенде оның жылу өткізгіштігі төмендейді. Бұл құбылысты, еркін электрондар негізінен металда жылу өткізгіштігіне жауапты болғандықтан, металл асқын өткізгіштік күйге өткенде еркін электрондар тормен әсерлесуін тоқтатады, сонымен жылу тасымалдау процессіне қатыспайды деп түсіндіруге болады. Асқын өткізгіштік құбылысы анықталғаннан кейін 50 жылдан астам уақыт өткеннен кейін оның микроскопиялық теориясы құрылған. Бұл теорияның шығуына Кеңес мемлекетінің физик-теоретиктері негізгі роль атқарған, олардың ішінде академик Н.Н.Богомобов және оның шәкірттерінің еңбектері ерекше: Металдың Ферми-Дирак статистикасына бағынатын еркін электрондары электрон газын құрайды. Электрондар бір-бірін Кулон күшімен тебеді, бұл күш тор түйінінде орналасқан иондар өрісін елеулі әлсіретеді. Сонымен қатар, электрондар тордың жылу тербелісімен (фонондармен) әсерлеседі, бұл тербеліс абсолют ноль температурада да тоқтамайды. Электронның мұндай әсерлесудегі Ферми деңгейіне жақын жіңішке жолақта (полоса) орналасқан электрондар фононды жұтуы және шығаруы мүмкін. Бұл процессті электрондардың фонондарымен алмасуы деп қарастыруға болады. Теорияға қарағанда, мұндай фононмен алмасу электрондардың арасында бірін-бірі тарту күшін тудыруға алып келеді. Егер бұл бірін-бірі тарту күші бірін-бірі тебу күшінен үлкен болса, онда бұл тарту күштің әсерінен қарама-қарсы спиндері бар электрондар қосақталады, олардың энергиясы төмен болады. Бұл қосақталған электрондардың қорытынды спині нольге тең болады. Электрондардың бір-бірімен байланыс энергиясы байланған электрон импульстерінің бағыттарына тәуелді және олардың импульстері бір –біріне антипараллельді болғанда байланыс энергиясы өзінің максимальды мәніне жетеді. Абсолют ноль температурада қосақталған электрондар Ферми деңгейінен төмен деңгейде орналасады. Бұл энергетикалық деңгей олардың негізгі деңгейі болып есептеледі. Бұл деңгей металл электрондарының нормаль күйге сәйкес келетін жақын деңгейден ені энергетикалық саңылауды береді. Схема түрінде былай көрсетуге болады: --------------------------- Ферми деңгейі --------------------------- Қосарланған электрон деңгейі --------------------------- электрондардың нормаль күйіне сәйкес деңгейі Есептердің нәтижелері және эксперименттен алынған мәліметтерге қарағанда, тең, яғни жылу қозғалысының энергиясына тең, мұндағы Тк - металдың асқын өткізгіштікке өткен кездегі температура. Негізгі деңгейдегі электрондардың жұтатын минимальды энергиясы -тең. Төменгі температурада мұндай энергияны электрон тордан ала алмайды. Сондықтан металда электрондар кедергісіз қозғалады. Температура көтерілуімен энергетикалық саңылаудың ( ) ені төмендейді, қосақталған электрондар бір-бірінен ажырайды және электрондар негізгі күйден қозған деңгейге өтеді. Белгілі бір температурада тең болады. Сонымен асқын өткізгіштік құбылысы жойылады. жүктеу/скачать 0,9 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|