=====>ابررساناها<=====

در اين بخش مي‌توانيد در مورد فیزیک نسبیت و فیزیک کوانتوم و ... به بحث بپردازيد

مدیر انجمن: شوراي نظارت

ارسال پست
Major I
Major I
نمایه کاربر
پست: 421
تاریخ عضویت: جمعه 5 خرداد 1385, 4:25 pm
سپاس‌های ارسالی: 1 بار
سپاس‌های دریافتی: 65 بار
تماس:

=====>ابررساناها<=====

پست توسط M0H@mM@d » شنبه 27 آبان 1385, 1:20 pm

ابررسانايی (2)


از کشف ابررسانايی در سال ۱۹۱۱ ميلادی تا سال ۱۹۸۶ ٬ باور عموم بر آن بود که ابررسانايی فقط می تواند در فلزاتی در دماهای بسيار پايين وجود داشته باشد٬ که فقط در دماهای حداکثر ۲۵ درجه بالای صفر مطلق اتفاق می افتاد. با کشف ابررسانايی در دماهای بالاتر در سال ۱۹۸۶ ٬ در موادی که تقريبا ضد فرو مغناطيسی بودند٬ و در هواپيماهای شامل a nearly square array of اتم های مس و اکسيژن٬ فصل جديدی در علم فيزيک باز کرد. حقيقتا٬ درک ظاهر شدن ابررسانايی در دماهای بالا (حداکثر دمای ۱۶۰ کلوين) يک مساله ی بزرگ برای بحث کردن می باشد. تا آن جا که امروزه بيش از ده هزار محقق روی اين موضوع تحقيق و بررسی انجام می دهند.

پس از مقدمه ای بر مفاهيم پايه ی فلزات معمولی و مرسوم٬ دمای پايين٬ و ابررسانايی٬ مروری بر نتايج مشاهدات انجام شده در دهه ی گذشته خواهم داشت ٬ که نشان می دهند ابررساناهای دمای بالا فلزات عجيبی با خواص غيرعادی بسيار بالای ابررسانايی می باشند. سپس٬ پيشرفت های نظری اخيری را شرح خواهم داد که طبيعت چنين فلزات عجيب را آشکار می سازد٬ و به شدت اين پيشنهاد را که "تعامل مغناطيسی بين تحريکات ذره ی quasi مسطح است که رفتار حالت عادی آن ها را به هم می زند و باعث روی دادن حالت ابررسانايی در دماهای بالا می شود" پشتيبانی و تاييد می کنند.

مقدمه :

در سال ۱۹۱۱ ٬ H. Kamerlingh-Onnes هنگام کار کردن در آزمايشگاه دمای پايين خود کشف کرد که در دمای چند درجه بالای صفر مطلق٬ جريان الکتريسيته می تواند بدون هيچ اتلاف اختلاف پتانسيل در فلز جيوه جريان پيدا کند. او اين واقعه ی منحصر به فرد را "ابررسانايی" (Superconductivity) ناميد. هيچ نظريه ای برای توضيح اين رخداد در طول پنجاه و شش سال بعد از کشف ارائه نگرديد. تا وقتی که در ۱۹۵۷ ٬ در دانشگاه الينويس ٬ سه فيزيکدان : John Bardeen ٬ Leon Cooper ٬ و Robert Schrieffer نظريه ی ميکروسکوپی خود ارائه کردن که بعدا با نام تئوری BCS (حروف ابتدايی نام محققان ) شناخته شد. سومين رخداد مهم در تاريخ ابررسانايی در سال ۱۹۸۶ اتفاق افتاد٬ وقتی که George Bednorz و Alex Mueller ٬ در حال کار کردن در آزمايشگاه IBM نزديک شهر زوريخ سوئيس٬ يک کشف مهم ديگر کردند : ابررسانايی در دماهای بالاتر از دماهايی که قبلا برای ابررسانايی شناخته شده بودند در فلزاتی کاملا متفاوت از آنچه قبلا فلز ابررسانا شناخته می شود. اين کشف باعث ايجاد زمينه ی جديد ی در علم فيزيک شد : مطالعه ابررسانايی دمای بالا٬ يا .

در اين مقاله٬ که برای غير متخصص ها تنظيم گشته است٬ اين را که ما چقدر در فهم دمای بالا پيشرفت کرده ايم را توضيح خواهم داد و درباره چشم انداز های آينده ی توسعه ی يک نظريه ی ميکروسکوپی بحث خواهم کرد. من با مروری بر برخی مفاهيم پايه ی نظريه ی فلزات شروع می کنم؛ برخی اقدامات که منجر به ارائه ی نظريه BCS گشت را توضيح می دهم؛ و کمی در باره ی تئوری BCS بحث خواهم کرد و آن را توضيح خواهم داد. سپس مختصرا در باره ی پيشرفت هايی که به فهم ما از ابررسانايی و ابرسيالی٬ در جهان ارائه شده است٬ بحث خواهم کرد٬ پيشرفت هايی که بوسيله الهام از تئوری BCS بدست آمده اند. که شامل کشف رده های زيادی از مواد ابرسيال می باشد٬ از هليوم ۳ مايع که چند ميلی درجه بالاتر از صفر مطلق به حالت ابرسيالی در می آيد تا ماده ی نوترون موجود در پوسته ی سياره ی نوترون٬ که در چند ميليون درجه به حالت ابرسيالی در می آيد. سپس درباره ی تاثيرات کشف مواد ابررسانای دمای بالا بحث خواهم کرد ٬ و برخی نتايج تجربی کليدی را جمع بندی خواهم کرد. سپس يک مدل برای ابررسانايی دمای بالا ارائه خواهم داد ٬ نزديک به نظريه ی ضد فرومغناطيسی مايع فرمی ٬ که به نظر دارای توانايی ارائه ی مقدار زيادی از خواص غيرعادی حالت معمولی مواد ابررسانای سطح بالا می باشد. من با يک توضيح تجربی برای خواص جالب توجه حالت عادی ابررساناهای پيش بينی شده و در دست بررسی جمع بندی و نتيجه گيری می کنم٬ که يک رده جالب از مواد را معرفی می کند : مواد قابل تطبيق پيچيده . که در آن بازخورد غيرخطی طبيعی٬ چه مثبت و چه منفی٬ نقشی حياتی در تعيين رفتار سيستم باز ی می کنند.

ابررساناهای مرسوم : از کشف تا درک ...

در سخنرانی نوبل خود در سال ۱۹۱۳ ٬ Kammerlingh-Onnes گزارش داد که "جيوه در ۴.۲ درجه کلوين به حالت جديدی وارد می شود٬ حالتی که با توجه به خواص الکتريکی آن٬ می تواند ابررسانايی نام بگيرد. او گزارش داد که اين حالت می تواند به وسيله ی اعمال ميدان مغناطيسی به اندازه ی کافی بزرگی از بين برود. در حالی که يک جريان القاء شده در يک حلقه بسته ابررسانا به مدت زمان فوق العاده زيادی باقی می ماند و از بين نمی رود. او اين رخداد را به طور عملی با آغاز يک جريان ابررسانايی در يک سيم پيچ در آزمايشگاه ليدن٬ و سپس حمل سيم پيچ همراه با سرد کننده ای که آن را سرد نگه می داشت به دانشگاه کمبريج به عموم نشان داد.

اين موضوع که ابررسانايی مساله ای به اين مشکلی ارائه کرد که ۴۶ سال طول کشيد تا حل شود٬ خيلی شگفت آور می باشد. دليل اول اين می تواند باشد که جامعه ی فيزيک تا حدود بيست سال مبانی علمی لازم برای ارائه ی راه حل برای اين مسئله را نداشت : تئوری کوانتوم فلزات معمولی. دوم اينکه٬ تا سال ۱۹۳۴ هيچ آزمايش اساسی در اين زمينه انجام نشد. سوم اينکه٬ وقتی مبانی عملی لازم بدست آمد٬ به زودی واضح شد انرژی مشخصه وابسته به تشکيل ابررسانايی بسيار کوچک می باشد٬ حدود يک ميليونيم انرژی الکترونيکی مشخصه ی حالت عادی. بنابراين٬ نظريه پردازان توجه شان را به توسعه ی يک تفسير رويدادی از جريان ابررسانايی جلب کردند. اين مسير را Fritz London رهبری می کرد. کسی که در سال ۱۹۵۳ به نکته ی زير اشاره کرد :‌ "ابررسانايی يک پديده کوانتومی در مقياس ماکروسکوپی می باشد ... با جداسازی حالت حداقل انرژی از حالات تحريک شده بوسيله ی وقفه های زمانی." و اينکه "diamagntesim يک مشخصه بنيادی می باشد."

اجازه بدهيد کمی درباره ی مبانی علمی کوانتومی بحث کنيم. الکترون ها در فلز در پتانسيل متناوب توليد شده از نوسان يون ها حول وضعيتشان حرکت می کنند. حرکت يون ها را می توان بوسيله ی مد های جمعی کوانتيزه شده ی آنها٬ فونون ها٬ توجيه کرد. سپس در طی توسعه ی نظريه ی کوانتوم٬ نظريه ی پاولی اصل انفجار وجود دارد ٬ که معنای آن بيانگر مفهوم آن است و آن اينکه - الکترونها به صورت اسپين نيمه کامل ذاتی (half integral intrinsic spin) قرار می گيرند٬ و در نتيجه هيچ الکترونی نمی تواند طوری قرار بگيرد که عدد کوانتوم آنها با هم يکی باشد. ذراتی که به صورت اسپين نيمه کامل ذاتی قرار می گيرند با نام فرميون ها (fermions) شناخته می شوند٬ به خاطر گراميداشت کار های فرمی (Fermi) که ٬ همراه با دياک (Diac) ٬ نظريه ی آماری رفتار الکترون در دماهای محدود را توسعه دادند٬ اين تئوری با نام Fermi-Diac statistics شناخته می شود. در توضيح فضای اندازه حرکت يک فلز ساده٬ حالت پايه يک کره در فضای اندازه ی حرکت می باشد٬ که اندازه ی شعاع آن٬ pf بوسيله ی چگالی فلز تعيين می گردد. انرژی خارجی ترين الکترون ها٬ در مقايسه با انرژی گرمايی ميانگين آن ها٬ Kt بسيار بزرگ می باشد. به عنوان نتيجه٬ تنها بخش کوچکی از الکترون ها ٬ ٬ در بالاتر از حالت پايه تحريک می شوند. الکترون ها با هم ديگر ( قانون کلمب ) و با فونون ها تعامل می کنند و رابطه دارند. تحريکات ابتدائی آن ها ذرات quasi ٬ (quasiparticles) می باشند ٬ الکترون ها با ضافه ی ابر الکترونی وابسته به آنها و فونون هايی که هنگام حرکت از ميان شبکه الکترون را همراهی می کند. يک بحث و مذاکره ی ابتدائی نشان می دهد که طول عمر يک quasiparticle تحريک شده بالای سطح فرمی ( سطح کره ی فرمی ) تقريبا برابر می باشد. مساله و مشکلی که برای نظريه پردازان در رابطه با اين مساله پيش آمده٬ فهم چگونگی تحمل پذيری الکترون ها ی تعامل کننده هنگام رفتن به حالت ابررسانايی ٬ می باشد. اين امر چگونه انجام می شود ؟ توضيح رياضی مناسب برای اين امر چه می باشد ؟

يک کليد راهنمای بسيار لازم در سال ۱۹۵۰ ميلادی بدست آمد٬ وقتی محققان در Nationa Bearue of Standards و دانشگاه روتگرز کشف کردند که دمای انتقال به حالت ابررسانايی سرب بستگی به جرم ايزوتوپ آن٬ يعنی M ٬ دارد ٬ و رابطه ی عکس با M1/2 دارد. از آنجايی که انرژی لرزشی شبکه ای همان بستگی را با M1/2 دارد٬ کوانتای پايه ی آنها٬ فونون ها ٬ بايد نقشی در ظهور و ايجاد حالت ابررسانايی بازی کند. در سال های بعدی٬ Herber Frohlich ٬ که از پوردو از دانشگاه ليورپول بازديد می کرد٬ و John Bardeen کسی که آن زمان در آزمايشگاه های بل کار می کرد٬ تلاش کردند نظريه ای با استفاده از تعامل الکترون ها و فونون ها ارائه بدهند٬ ولی شکست خوردند و موفق نشدند. کار انجام شده توسط آن ها را می توان به کمک دياگرام های معرفی شده توسط ريچارد فاينمن (Richar Feynman) به تصوير کشيد٬ که در قسمت (a) تصوير زير نشان داده شده است. در تصوير زير می توان يک الکترون را مشاهده کرد که يک فونون را آزاد می کند و سپس آن را جذب می کند. خواص آن بوسيله جفت شدن پويا با شبکه تغيير می يابند و تغيير در انرژی آن نسبت عکس با M1/2 دارد . اما اين quasiparticle ها به حالت ابررسانايی در نمی آيند.



سپس Frohlich احتمال دوم را در نظر گرفت٬ حالتی که در تصوير بالا قسمت (b) نشان داده شده است٬ که در آن يک الکترون يک فونون را آزاد می کند و الکترون دومی آن فونون را جذب می کند. اين تعامل فونون القايی می تواند برای الکترون ها ی نزديک سطح فرمی جذاب باشد. اين يک معادله فلزی waterbed می باشد : دو شخص که يک waterbed را به اشتراک می گذارند٬ تمايل دارند تا به مرکز آن جذب شوند٬ همان طوری که روند القاء الکترون ها را جذب می کند. (يک شخص تورفتگی را در waterbed القاء می کند٬ تورفتگيی که شخص دوم را جذب می کند.) تعامل مطالعه شده توسط Frohlich در نگاه جذاب و زيبا به نظر می رسد٬ که هم جديد بود و هم ذاتا تناسب درستی با جرم ايزوتوپی٬ M ٬ داشت. اگر چه مشکلی بزرگ در درک چگونگی نقش بازی کردن آن وجود داشت٬ از آن جا که تعامل پايه ای کلمب (Coulomb) بين الکترون ها دفع کننده می باشد٬ و خيلی قوی تر می باشد. همانطور که لاندو (Laundau) قرار داد : "شما نمی توانيد قانون کولمب را لغو کنيد." اين اشکالی بود که John Bardeen و نويسنده ی اين مقاله٬ ديويد پاينس (David Pines) (هنگامی که اولين دانشجوی دکترا در دانشگاه ايليونيس در سال های ۱۹۵۲-۱۹۵۵ بود) ٬ آن را مورد انتقاد قرار دادند. چيزی که آن ها پيدا کردند٬ به وسيله ی توسعه ی يک راهبرد که David Bohm و David Pines قبلا برای فهم تعامل های جفت الکترون ها در فلزات توسعه داده بودند٬ اين بود که "پيام ٬ متوسط است ." ("The Medium is the message") . وقتی آن ها اثر رويه ی به پرده در آوردن الکترونيکی (Electronic Screening) روی هر دو تعامل الکترون-الکترون و الکترون-آهن را در نظر گرفتند٬ فهميدند که حضور جزء تشکيل دهنده ی دومی٬ يونها ٬ يک تعامل جذاب شبکه ای را بين يک جفت الکترون که تفاوت انرژی آن ها از انرژی يک فونون بنيادين کمتر می باشد٬ ممکن می سازد .

تعامل موثر وابسته به تکرار و اندازه حرکتی که آن ها پيدا کردند٬ در شکل زير آمده است :



که در آن ثابت دی الکتريک استاتيک وابسته به watervector می باشد٬ انرژی فونون می باشد٬ q انتقال اندازه ی حرکت می باشد٬ و تفاوت بين انرژی الکترون ها می باشد. ترتيب ها آن به صورت جزئی تر توسط Leon Cooper مطالعه شده است . او فهميد که به خاطر اين جذابيت شبکه ای٬ سطح فرمی حالت عادی می تواند در دماهای پائين به تشکيل جفت الکترون هايی با اسپين و اندازه حرکت مخالف٬ بی ثبات شود. با کار او٬ راه حلی برای ابررسانايی نزديک بود. در سال ۱۹۵۷ ميلادی٬ هنگامی که Bob Schrieffer ٬ کسی که دانشجوی فارغ التحصيلی Bardeen در دانشگاه اليونيس بود٬ فهميد که توضيح ميکروسکوپی داوطلب حالت ابررسانايی٬ می تواند با به کار بردن راهبردی که قبلا برای پلارن ها توسعه يافته بود٬ توسعه يابد. (به وسيله ی T.D. Lee ٬ Francis Low و David Pines ) به جفت های تعامل کننده ی کوپر. در هفته های بعدی٬ Bardeen ٬ Cooper ٬ و Schrieffer نظريه ی ميکروسکوپی ابررسانايی خود٬ تئوری BCS را ارائه دادند. که اين تئوری در توضيح و تفسير رويداد ها ی ابررسانايی موجود و هم چنين در پيش گويی رويداد های جديد بسيار موفق بود. در جولای ۱۹۵۹ ٬ در اولين کنفرانس عظيم در رابطه با ابررسانايی بعد از ارائه ی نظريه ی BCS ٬ (در دانشگاه کمبريج) ٬ David Schoenberg کنفرانس را با اين جمله آغاز کرد : "حالا ببينيم تا چه حدی مشاهدات با حقايق نظری جور در می آيند ..."

تئوری BCS و اثرات آن

در تئوری BCS جذابيت زيادی بين جفت الکترون های دارای اسپين و اندازه حرکت مخالف هستند و مسئول انتقال به حالت ابررسانايی هستند وجود دارد. پايين درجه ی حرارت تبديل به حالت ابررسانايی٬ ٬ جفت هايی از هم چگال ها٬ يک حالت کوانتومی يگانه ی اشغال شده ی ماکروسکوپيک٬ که بدون مقاومت جريان می يابد٬ و ميدان های مغناطيسی خارجی ضعيف را screen out می کند٬ باعث بوجود آمدن يک ديامگنتيزم اندازه گيری شده در اثر ميزنر (Meissner) می شود. در دماهای پايين٬ اين باعث مصرف انرژی محدودی می گردد٬ ٬ برای جداسازی يکی از جفت ها در هم چگال؛ اين شکاف انرژی است که توسط London پيش بينی شده بود؛ و اثرات آن بر روی خواص ابررسانايی توسط John Bardeen در سال های قبل از کشف و ارائه ی تئوری ميکروسکوپی به صورت رخدادی بررسی شده بود.بنابراين٬ حالت ابررسانايی توسط دو جزء تشکيل دهنده مجزا مشخص می شود : يک ابرميدان (superfield) ٬ هم چگال٬ و يک سيال معمولی تشکيل شده از تحريکات تک ذره ای که از جدا شدن از هم هم چگال در دماهای محدود نتيجه می شود. quasiparticle های تحريک شده که سيال معمولی را تشکيل می دهد٬ در پاسخ به ميدان های خارجی ٬ اثرات منسجم معلوم و مشخصی را از خود نشان می دهند٬ پديده ی انسجام که يکی از مشخص کننده های تئوری جفت کننده ی BCS می باشد٬ اما وگرنه بصورت معمولی رفتار می کنند٬ که در آن با يکديگر٬ با فونون ها ٬ و با ديواره های ظرف شامل آن ها برخورد می کنند. طول بنيادی که رفتار منسجم در آن می تواند اتفاق بيافتد٬ طول انسجام (coherence length) ٬ چند هزار برابر فاصله ی بين ذرات داخلی می باشد. برای درک کردن آن چه اتفاق می افتد٬ در نظر گرفتن قياس با يک زمين رقص پر شده از زوج های رقاص که هماهنگ با موزيک حرکت می کنند٬ می تواند کمک کننده باشد. در حالت عادی٬ زوج ها مرتبا با يکديگر برخورد می کنند٬ اما در حالت ابررسانايی٬ آن زوج هايی که تعلق به هم چگال دارند٬ دارای يک قيد و بند نامرئی می باشند که به آن ها اجازه می دهد تا به راحتی به حول سالن رقص رقص کنند(a la Rogers And Astaire) و پرواز کنند. اگر زوج های جدا کننده ای وجود دارند؛ فقط منفردهای تحريک شده ی غير متصل هستند که با يکديگر و ديوار ه ی سالن رقص برخورد می کنند. تبديل به ابررسانايی BCS اساسا متفاوت از آن چه ممکن است اگر زوج ها بالای تشکيل شده باشند٬ سپس متراکم شوند٬ اتفاق بيافتد٬ می باشد. و در مورد اخر٬ طول انسجام چندين برابر فضای بين ذره ای می باشد و بستگی به ندارد.

نظريه ی BCS اثر قابل توجهی در زمينه های ديگر فيزيک داشت. اين نظريه پيش بينی می کند که هر سيستم دارای فرميون های تعامل کننده٬ می تواند به حالت ابررسانايی برود ٬ يا در صورت فرميون های بدون بار٬ يک تبديل ابرسيالی٬ يکی دارای تعامل جذاب برای فرميون های شبکه ای در مجرای تکانه ی زاويه ای ارائه دهد. کمی بعد از انتشار نتايج اوليه ی تئوری BCS ٬ Aage Bohr ٬ Ben Mottleson و David Pines ٬ در حال کار در کپنهاگ در سال ۱۹۵۷ ٬ نشان دادند که نوترون ها و پروتون های موجود در هسته ی اتم به خاطر جذب دوسويه شان جفت می شوند٬ و اينکه می توان معمای قديمی پديده ی هسته ای را توجيه کند٬ در حالی که Yoichiro Nambu در شيکاگو کشف کرد که ترتيب جفت کردن BCS برای پديده های انرژی بالا در فيزيک ذرات ابتدائی پيدا می شود. حضور ابرسيالات پروتون و نوترون در پالسارهای (pulsar) تازه کشف شده در ۱۹۸۹ احضار شد. (توسط Gordon Baym ٬ Chris Pethick ٬ Mal Ruderman ٬ و David Pines ) به عنوان توضيح برای زوال طولانی مدت glitch ها (پرش های ناگهانی در مدت چرخش پالسار) که در پالسارهای Vela و Crab در سپتامبر و مارس ۱۹۶۹ کشف شده بود. از آنجايی که اتمهای هليوم ۳ فرميون هستند و دارای جذب برد بالا می باشند٬ به طور وسيعی انتظار می رفت که هليوم ۳ به تبديل حالت ابرسيال برود٬ و جامعه فيزيک دمای پايين به دنبال نشانه هايی از آن تبديل گشت٬ يک جستجويی که برای Doug Osheroff ٬ David Lee ٬ و Bob Richardson در دانشگاه کورنل موفقيت آميز بود٬ و در سال ۱۹۷۲ کشف کردند که هليوم ۳ چند ميلی درجه بالای صفر مطلق ابر سيال می شود.

نيازی به گفتن نيست که٬ الهام شده توسط تئوری BCS ٬ آزمايشگر های مواد منقبض٬ رده ی جديدی از فلزات ابررسانا را معرفی کردند٬ و مشتاقانه به دنبال موادی که در دماهای نسبتا بالاتر از دماهای تبديل کمتر از ۲۰ کلوين٬ که فلزات ابررسانای معمولی را مشخص می کند٬ ابررسانا می شوند٬ گشتند. دو رده ی جديد از ابررساناها کشف شدند : مواد الکترون سنگين ٬ CeCu2Si2 ٬ UPt3 ٬ و UBe13 که توسط Frank Steglich ٬ Zackary Fisk ٬ Jim Smith ٬ و Hans Ott در آلمان٬ در حال کار کردن در Los Alamos ٬ به عنوان ابررسانا در دماهای حدود يک کلوين شناخته شدند. در حالی که Daniel Jerome در پاريس ابررسانايی را در فلزات آلی تقريبا دو بعدی در حدود ده درجه ی کلوين را کشف کرد. اگرچه ٬ باوجود تلاش های زياد Bend Matthias ٬ که حدود صد ماده ی ابررسانا را کشف کرد٬ هنوز حد بالايی برای دمای مواد ابررسانا وجود داشت : ۲۳ درجه ی کلوين ٬ درجه ی حرارتی که از مکانيسم به کار رفته برای ابررسانايی ناشی می شد٬ تعامل فونون-القائی.

ابررساناهای دمابالا

زمينه ای جديد در علم فيزيک آغاز شد هنگامی که در ۲۷ ژانويه ۱۹۸۶ ميلادی٬ Bednorz و Mueller يک افت مقاومت تيز را در La2-mBamCuO4 در دمای حدود ۳۰ درجه ی کلوين مشاهده کردند. آن ها مقاله ای در اين باره به يکی از روزنامه های معتبر اروپائی٬ ZeitSchrift fur Physik فرستادند و مطالعه ی خود را برروی اين ماده ی جديد ادامه دادند تا اطمينان حاصل کنند که تغيير مقاومت ناگهانی٬ تبديل به يک حالت ابررسانايی بوده. تا ماه اکتبر٬ آن ها اثر مايزنر (The Meissner Effect) را مشاهده کرده بودند ٬ بنابراين يک ماده ابررسانای جديد را به ثبت رساندند. نتايج آن ها در دنيا پخش شد٬ يک ماه بعد٬ Tanaka و همکاران وی در توکيو نتايج Bednorz-Muller را تأييد نمودند (يک تأييديه در يکی از روزنامه های ژاپنی چاپ شد) در حالی که کار آن ها در پکن توسط Zou و همکارانش پشتيبانی و حمايت شد. (کار آنها در دسامبر در يکی از روزنامه ها توضيح داده شد.) در ماه بعد٬ در نتيجه ی يک تلاش همکارانه بين Paul Chu از دانشگاه هوستون و Mang-Kang Wu از دانشگاه آلاباما٬ عضو جديدی از خانواده مواد ابررساناهای دما بالا کشف شد ٬ YBa2Cu3O7 که دارای بالای ۷۰ درجه ی کلوين بود. بنابراين فقط در طی يک سال از کشف اصلی٬ دمای انتقال به حالت ابررسانايی افزايش سه برابر داشت. و واضح بود که انقلاب ابررسانا ها هنوز شروع شده است. يک جشن برای بوجود آمدن اين فصل در علم فيزيک طی يک جلسه در نيويورک توسط انجمن فيزيک دانان آمريکايی در يک بعد از ظهر يکی از روزهای مارس ۱۹۸۷ برگزار شد. اين جشن ۳۰۰۰ شرکت کننده داشت و ۳۰۰۰ نفر نيز اين جشن را از طريق تلويزيون مشاهده می کردند ...

در طول شش سال بعد٬ چند خانواده ی ديگر از ابررسانا ها کشف شدند٬ که شامل سيستمهای مبنی بر -Tl و -Hg می باشند٬ که به ترتيب دارای حداکثر ۱۲۰ کلوين و ۱۶۰ کلوين می باشند. همگی آنها يک ويژگی که موجب روی دادن ابررسانايی دمای بالا بود٬ داشتند٬ وجود پلين های (planes) شامل اتم های O و Cu ی که جدا شده بوسيله ی مواد پل کننده ای که به عنوان حامل بار عمل می کنند هستند. در طی اين مدت٬ حدود چند هزار مقاله در رابطه با ابررسانا ها منتشر گشت (و در زمان حاضر هم منتشر می شود) بديهی گشت که ابررسانايی دمای بالا وابسته به مسائل بزرگ فيزيک بسياری در طول دهه ی گذشته ی اين قرن بود. حداقل چهار دليل برای علاقه ی شديد به بالا وجود دارد : يک علاقه ی علمی ذاتی و باطنی٬ طبيعت انتقال نظم و ترتيبی٬ (اين به حدود جدا کننده ی دانشمندان و شيمی دان های مواد از طريق فيزيکدان های نظری و تجربی می رسد) ؛ کاربردهای بالقوه برای مواد ی که دردماهای بالاتر از ۷۷ کلوين (دمايی که نيتروژن مايع می شود) به عنوان ابررسانا عمل می کنند٬ کاربردهايی که می توان در سيستم های تلفن سلولی اعمال کرد٬ خطوط انتقال ابررسانايی٬ ماشين های MRI استفاده کنند از مغناطيس های بالا٬ ميکروويو های استفاده کننده از مواد ابررسانای جديد٬ سيستم های ابررسانا/نيمه رسانای هيبريدی؛ و در آخر پيدا کردن ابررسانای دمای اتاق.

برخی مشخصه ها و خواص ابررسانا های جديد عبارتند از اينکه آن ها سراميک٬ و اکسيد های ورقه ورقه می باشند که در دمای اتاق فلزات ضعيف و بی ارزشی هستند٬ و مواد متفاوتی برای کار کردن هستند. شامل کمی حامل بار در مقايسه با فلزات معمولی هستند٬ و خواص انيسوتوروپيک (Anisotropic) الکتريکی و مغناطيسی هستند که بطور قابل ملاحظه ای حساس به محتوای اکسيژن می باشند. در حالی که٬ نمونه های ابررسانای مواد ۱-۲-۳ ٬ YBa2Cu3O7 ٬ را يک دانش آموز دبيرستانی نيز می تواند در يک اجاق ميکروويو توليد کند٬ کريستال های يکتای دارای درجه ی خلوص بالا برای تشخيص خواص فيزيکی ذاتی موادی که ساختن آن ها به طور خيلی زيادی سخت است٬ لازم است.

در ادامه ی يک دهه کار٬ يک وفاق عمومی بر سر اين موضوع وجود دارد که رفتار تحريکات ابتدائی در پلين های (planes) ٬ Cu-O يک کليد برای درک خواص حالت عادی اين ابررساناها ارائه می دهد٬ و اينکه آن خاصيت غير حالت عادی شبيه به حالت عادی ابررساناهای معمولی و دمای پايين می باشند. همانطور که می توان در جدول زير مشاهده کرد٬ هم پاسخ بار (charge respons) - (اندازه گيری شده در مشاهدات نوری و انتقالی) و هم پاسخ اسپين (اندازه گيری شده در مشاهدات قابليت ايستا٬ تشديد مغناطيسی هسته ای (NMR) و مشاهدات متفرق ساختن غير الاستيک نوتورون ها (INS)) مواد بالا بسيار متفاوت از همتاهای دمای پايين خود می باشند.



علاوه بر اين٬ اساسا هيچ يک از خواص حالت ابررسانايی ٬ با خواص يک ابررسانای عادی يکی نيست٬ که در آن جفت کردن BCS در حالت خط واحد اتفاق می افتد و شکاف انرژی ذرات quasi در دماهای پائين و ايزوتپريک٬ هنگامی که يکی حول سطح فرمی حرکت می کند٬ محدود می باشد. علی رغم اين حقيقت که چيزی نسبتا جديد و متفاوت نياز است تا رفتار حالت عادی را درک کنيم٬ يک توافق و اجماع وجود دارد که تئوری BCS ٬ اگر بطور مناسبی تغيير يابد٬ يک توضيح راضی کننده برای انتقال به حالت ابررسانايی و خواص مواد در آن حالت٬ می دهد .

يک توافق تقريبی همچنين در رابطه با اجزای سازنده ی پايه ی لازم برای درک ابررساناهای دمای بالا وجود دارد. آن ها را می توان به صورت زير خلاصه کرد :

- عمل ابتدا در پلين های Cu-O رخ می دهد٬ پس در تخمين اول٬ برای متمرکز کردن هم توجه نظری و هم عملی روی رفتار تحريکات پلانار٬ و همچنين برای متمرکز کردن بر روی دو سيستم مطالعه شده ٬ سيستم ۱-۲-۳ (YBa2Cu3O7-m) و سيستم ۲-۱-۴ (La2-mSrmCuO4) ٬ کفايت می کند.

- در دماهای پائين هر دو سيستم عايق های آنتی فرو مغناطيس می باشند با يک آرايه ی محلی +Cu2 که علامت آن در داخل شبکه متناوبا عوض می شود .

- شخصی سوراخ هايی را بر روی پلين های Cu-O سيستم ۱-۲-۳ با تزريق اکسيژن ايجاد می کند٬ برای سيستم ۲-۱-۴ اين کار با تزريق استرونتيوم انجام می گيرد. سوراخ های حاصل روی مقر پلانار اکسيژن ٬ با اسپين های نزديک +Cu2 پيوند پيدا می کنند٬ و حرکت را برای ديگر اسپين های +Cu2 آسان می سازد٬ و در روند٬ نابود کردن همبستگی های AF طولانی برد در عايق.

- اگر کسی حفره های کافی را ايجاد کند٬ سيستم حالات پايه ی خود را از يک عايق به يک ابررسانا تغيير می دهد.

- در حالت عادی مواد ابررسانا ٬ اسپين های +Cu2 سيار٬ اما محلی يک مايع فرمی غير مرسوم را تشکيل می دهند ٬ با اسپين های quasiparticle های نشان دهنده ی ارتباطات AF قوی٬ حتی برای سيستم های در سطح تخدير که از حدی که ماکزيمم می باشد٬ تجاوز می کند ٬ موادی که با نام فرا-تخدير شناخته می شوند.
اگر چه هيچ توافقی بين تئوريسين ها بر سر اين که چگونه يک توضيح نظريه ای دارای جزئيات برای curpate ها ارائه کنند. راهکرد هايی که برای اينکار امتحان شد٬ را می توان به از پايين به بالا- يا از بالا به پايين رده بندی کرد. در راهکرد از بالا به پائين٬ يکی مدلی را که از قبل وجود داشته را انتخاب می کند و راه حل هايی برای انتخاب های ديگر پارامترهای مدل را توسعه می دهد ٬ سپس تست می کند که آيا اين راه حل به نتايج منطبق بر شواهد و تجربيات رسيده اند يا نه. در يک راهکرد از پائين به بالا٬ يک از نتايج تجربی آغاز می کند و تلاش می کند تا يک توضيح پديده ای از يک زير مجموعه از نتايج تجربی را بدست آورد. سپس چند آزمايش ديگر را متناسب با توضيح بدست آمده انجام می دهد ٬ با ترتيب ميکروسکوپی برای هر آزمايش٬ تا اينکه به نتايج مورد انتظار از محاسبات و مشاهدات دست بيابد. و فقط آن وقت٬ بدنبال يک مدل هميلتونی که راه حلش ممکن است تئوری ميکروسکوپی کامل را ارائه دهد٬ بگردد و جستجو کند. Jonh Bardeen از اين راهکرد دوم برای کار کردن بر روی ابررساناهای عادی و مرسوم استفاده کرد ٬ و در دانشگاه اوربانا از روش و راهکرد او برای کار برروی ابررسانای دمای بالا استفاده کردند
 [marq=down] *:*:*:*بلندآســـــــــــــــــــــمان جایگاه من است*:*:*:* [/marq] 
 [لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید] 

New Member
پست: 1
تاریخ عضویت: سه شنبه 5 دی 1385, 12:51 am

پست توسط farideh » سه شنبه 5 دی 1385, 1:12 am

alie :smile:

دوست عزیز برای تشکر از قسمت ویژه تشکر استفاده نمایید :-o
HRG

ارسال پست

بازگشت به “فيزيک”