العودة   منتدى لغة الروح > لغة الفيزياء > الفيزياء العامة


الإلكترونات فائقة التوصيل المفقودة

كل ما يخص الفيزياء العامة


إضافة رد
 
أدوات الموضوع انواع عرض الموضوع
#1  
قديم 06-24-2018, 07:39 AM
ملك غير متواجد حالياً
لوني المفضل Cadetblue
 رقم العضوية : 1207
 تاريخ التسجيل : Jun 2018
 فترة الأقامة : 1216 يوم
 أخر زيارة : 06-24-2018 (08:28 AM)
 المشاركات : 60 [ + ]
 التقييم : 10
 معدل التقييم : ملك is on a distinguished road
بيانات اضافيه [ + ]
110297 Imgcache الإلكترونات فائقة التوصيل المفقودة



كان من المعتقَد أننا نفهم جيدًا الموصِّلات الفائقة "زائدة الإشابة" ذات درجات الحرارة المرتفعة، التي لديها كثافة عالية من حاملات الشحنة، لكن ثمة تجربة جديدة تتحدى ما نعرفه عن الفيزياء الكمية في مثل هذه الأنظمة.

ضع عددًا كبيرًا من الجسيمات الكمية المتفاعلة معًا؛ وسترى أشياء غريبة تحدث. ومن أبرز الأمثلة على ذلك التوصيل الفائق1، الذي تنعدم فيه المقاومة الكهربائية لبعض المواد عندما تُبرَّد إلى أقل من درجة الحرارة الحرجة (.Tc). كانت أول تلك المواد التي تم اكتشافها فائقة التوصيل فقط عند درجات الحرارة المنخفضة (حيث تكون درجة الحرارة الحرجة بضع درجات كلفنية)، ويمكن تفسير سلوكها بنظرية باردين-كوبر-شريفر 2(BCS). وكان التوصيل الفائق يُعتبر فصلًا مكتملًا ومنتهيًا حتى الاكتشاف المدهش في عام 1986 لموصِّلات أكسيد النحاس فائقة التوصيل عند درجات حرارة مرتفعة3، (حيث تصل درجة الحرارة الحرجة إلى 160 كلفن) التي لا يمكن وصف خصائصها بنظرية باردين-كوبر-شريفر4. ومع ذلك، كان من المعتقد أن زيادة إشابة هذه الموصلات الفائقة ـ وهو ما من شأنه زيادة كثافة حاملات الشحنة زيادة كبيرة، وبالتالي تخفض درجة الحرارة الحرجة لتلك المواد ـ سيجعلها في توافق مع النظرية4. يوضح بوزوفيتش وآخرون5 في بحث نُشر في دورية Nature أنه حتى هذا النظام الذي تعرَّض لزيادة الإشابة غريب ومخالف للقاعدة، وهو اكتشاف له آثار على فهْمنا الأساسي للتوصيل الفائق.

في علم الإحصاء الكَمِّي، يمكن لجسيمات تُسمى بوزونات أن توجد في الحالة الكمية نفسها، في حين أن جسيمات الفرميون يجب أن تشغل حالات مختلفة، وهو تقييد يُسمى بمبدأ استبعاد باولي. وإذا شغل العديد من البوزونات أدنى حالة طاقة للنظام (وهي حالة تعرف باسم تكاثف بوز)؛ يحدث تضخيم للسلوك الكمي المجهري إلى المقياس العياني الذي يُرى بالعين المجردة، والنتيجة هي التوصيل الفائق.

تشرح نظرية باردين-كوبر-شريفر كيف يمكن للإلكترونات أن تشكل تكاثف بوز، على الرغم من أنها فرميونات. إنّ الحالة الطبيعية للفرميونات هي غاز فيرمي، حيث تملأ الجسيمات أدنى مستويات الطاقة في النظام، وفقًا لمبدأ استبعاد باولي. والحد الفاصل بين مستويات الطاقة المشغولة والشاغرة يُعرف بسطح فيرمي. وحسب نظرية باردين-كوبر-شريفر، عند إدخال تفاعل جذبي صغير بين الإلكترونات في نظام ما، فإن الإلكترونات الأقرب إلى سطح فيرمي ترتبط معًا؛ لتشكيل ما يُسمى بأزواج كوبر1,2. ونظرًا إلى أن أزواج كوبر هذه بوزونات بفاعلية، فإنها تشكل تكاثف بوز.

قد يتوقع المرء أن الجزء الصغير من الإلكترونات الذي يشكل أزواج كوبر هو الذي يسهم فحسب في التوصيل الفائق، ولكن في الواقع جميع الإلكترونات في غاز فيرمي تشارك في هذه العملية. وبالتالي، فإن كثافة الإلكترونات فائقة التوصيل (كثافة المائع الفائق) تساوي تقريبًا مجموع كثافة الإلكترونات، وهو التنبؤ الذي تم تأكيده تجريبيًّا في العديد من الموصِّلات الفائقة "التقليدية"1.

إنّ الوضع أقل وضوحًا ومباشرةً في حالة موصلات أكسيد النحاس الفائقة، لأن الإلكترونات في هذه تتفاعل بقوة4؛ حيث تتصرف الإلكترونات مثل سيارات على طريق سريع6، مشكِّلةً ازدحامًا مروريًّا (ما يعرف بـ"عازل موت"7) عندما تكون الكثافة عالية. وتعادل إشابة النظام تقليل كثافة السيارات على الطريق السريع؛ مما يؤدي إلى ظهور نوع من الحركة المتقطعة. والنتيجة هي زيادة درجة الحرارة الحرجة مع الإشابة، لتصل الى أقصى درجة عند مستوى يُعرف بالإشابة المثلى.

في النُّظُم زائدة الإشابة (عندما تزداد الإشابة إلى ما بعد مستوى الإشابة المثلى)، نجد أن السيارات (الإلكترونات) تتحرك بحرية أكبر، ولا تتفاعل بقوة؛ مما يؤدي إلى انخفاض درجة الحرارة الحرجة. وفي هذا النظام ضعيف التفاعل، قد يتوقع المرء أن يصبح النظام متوافقًا مع نظرية باردين-كوبر-شريفر4. ويبدو أن هذا الافتراض تَأَكَّد عندما لُوحظ مباشرة ظهور سطح فيرمي خضع لعملية تكوين أزواج كوبر نموذجية في مجموعة متنوعة من الأنظمة زائدة الإشابة8،9. ونظرًا إلى أنه في نظرية باردين-كوبر-شريفر تتساوى كثافة المائع الفائق تقريبًا مع مجموع كثافة الإلكترونات، فينبغي أن تكون كبيرة ومستقلة تقريبًا عن كلٍّ من الإشابة، ودرجة الحرارة الحرجة.

يقدم بوزوفيتش وزملاؤه أول قياسات موثوق فيها لكثافة المائع الفائق في نظامٍ زائد الإشابة. وقد استغرق الحصول على تلك القياسات وقتًا طويلًا، نظرًا إلى صعوبة تحضير هذه المادة، حيث إن أكاسيد النحاس زائدة الإشابة غير مستقرة كيميائيًّا، ولكنْ في إنجاز مثير للإعجاب في هندسة المواد، تمكَّن الباحثون من تحضير عينات شبه مثالية باستخدام تقنيات متطورة.

وعن طريق قياس كثافة المائع الفائق، كدالّة على عملية الإشابة، وجد الباحثون أن هناك عددًا أقل بكثير من الإلكترونات فائقة التوصيل مما هو متوقع، وفقًا لنظرية باردين-كوبر-شريفر (الشكل 1أ)، حيث تبدو غالبية هذه الإلكترونات مفقودة. قَدَّم هؤلاء الباحثون أيضًا قانون قياس بسيط (دعنا نُطْلِق عليه "قانون قياس بوزوفيتش"): تتناسب كثافة المائع الفائق طرديًّا مع درجة الحرارة الحرجة على كامل نطاق الإشابة الزائدة (الشكل 1ب). ونظرًا إلى الأدلة التجريبية التي تشير إلى أن نظرية باردين-كوبر-شريفر تنطبق على هذا النظام8،9، فإن النتائج تُظْهِر مفارقة، حيث إن قانون قياس بوزوفيتش لا يتوافق في الأساس مع تنبؤات نظرية باردين-كوبر-شريفر، ومن ثم فإنه غير متوقَّع على الإطلاق.

<br>الشكل 1 | التوصيل الفائق المدهش. قام بوزوفيتش وآخرون5 بقياس الخصائص الأساسية لموصلات أكسيد النحاس الفائقة زائدة الإشابة ذات درجة الحرارة المرتفعة. (أ) وقد نجحوا من خلال القياسات التي أجروها في تقدير كثافة المائع الفائق، حيث (اللون الأحمر، يمثل عدد الإلكترونات المشارِكة في التوصيل الفائق في كل وحدة خلية؛ ووحدة الخلية هي أصغر بنية تتكرر بشكل دوري في البلورة) كدالّة على نسبة الإشابة (مقياس لكثافة حاملات الشحنة). وقد لاحظوا إلكترونات فائقة التوصيل أقل بكثير مما كان متوقَّعًا، وفقًا لنظرية باردين-كوبر-شريفر (اللون الأخضر). (ب) تُعرض البيانات هنا في صورة مخطَّط لكثافة المائع الفائق في مقابل درجة الحرارة الحرجة (درجة الحرارة التي يمكن للمادة ـ دونها ـ أن تتصرف كموصل فائق). وتتناسب كثافة المائع الفائق طرديًّا مع درجة الحرارة الحرجة، على نطاق إشابة واسع. ولا تتفق النتائج المهمة التي توصَّل إليها الباحثون مع نظرية باردين-كوبر-شريفر القياسية، وتتطلب تفسيرات جديدة.

الإلكترونات فائقة التوصيل المفقودة


الشكل 1 | التوصيل الفائق المدهش. قام بوزوفيتش وآخرون5 بقياس الخصائص الأساسية لموصلات أكسيد النحاس الفائقة زائدة الإشابة ذات درجة الحرارة المرتفعة. (أ) وقد نجحوا من خلال القياسات التي أجروها في تقدير كثافة المائع الفائق، حيث (اللون الأحمر، يمثل عدد الإلكترونات المشارِكة في التوصيل الفائق في كل وحدة خلية؛ ووحدة الخلية هي أصغر بنية تتكرر بشكل دوري في البلورة) كدالّة على نسبة الإشابة (مقياس لكثافة حاملات الشحنة). وقد لاحظوا إلكترونات فائقة التوصيل أقل بكثير مما كان متوقَّعًا، وفقًا لنظرية باردين-كوبر-شريفر (اللون الأخضر). (ب) تُعرض البيانات هنا في صورة مخطَّط لكثافة المائع الفائق في مقابل درجة الحرارة الحرجة (درجة الحرارة التي يمكن للمادة ـ دونها ـ أن تتصرف كموصل فائق). وتتناسب كثافة المائع الفائق طرديًّا مع درجة الحرارة الحرجة، على نطاق إشابة واسع. ولا تتفق النتائج المهمة التي توصَّل إليها الباحثون مع نظرية باردين-كوبر-شريفر القياسية، وتتطلب تفسيرات جديدة.


يمكن أن تُحَلّ هذه المفارقة جزئيًّا من خلال ثغرة نظرية؛ حيث تصف نظرية ليجت10 الشروط التي يجب توافرها، حتى تتساوى كثافة المائع الفائق في نظام ما مع مجموع كثافة الإلكترونات. أحد هذه الشروط هو أنه يجب أن يكون النظام ثابتًا انتقاليًّا، أي أنه على المستوى الذري يجب أن يكون النظام هو نفسه في كل نقطة في الفضاء.

في الموصِّلات الفائقة، لا يحدث الثبات الانتقالي على المستوى الذري، لأن نظام الإلكترونات موجود في شبكة دورية تتكون من ذرات، ولكن في الموصلات الفائقة التقليدية تدفع الفيزياء الكمية النشاط الإلكتروني منخفض الطاقة إلى أن يتصرف كما لو كانت الشبكة غير موجودة؛ وبالتالي يتحقق الثبات الانتقالي في صورة تماثل عرضي (تماثل يُرى فقط على نطاقات واسعة)، مما يعني أن موصلات نظرية باردين-كوبر-شريفر الفائقة يجب أن تطيع نظرية "ليجت".

وعلى أي حال، في حالة موصلات أكسيد النحاس الفائقة ذات درجات الحرارة المرتفعة، تشير نتائج بوزوفيتش وزملائه إلى أن نظام الإلكترونات ككل يظل يتفاعل بقوة، حتى في النظام الذي مر بعملية زيادة الإشابة. ورغم أن مثل هذه الأنظمة قوية التفاعل لا تزال غير مفهومة تمامًا، فهناك أدلة تجريبية تشير إلى أنه في النظم ضعيفة الإشابة لا تنطبق نظرية "ليجت" على كثافة المائع الفائق11، لأن الإلكترونات تتأثر إلى حد كبير بوجود الشبكة، وبالتالي فإن الموصلات الفائقة ذات درجات الحرارة المرتفعة قد لا تسير وفق نظرية "ليجت" في النظام زائد الإشابة أيضًا.

إنّ المفارقات مفيدة للغاية في العلم، فالعلاقة البسيطة بين كثافة المائع الفائق ودرجة الحرارة الحرجة تشير إلى أنه ثمة مبدأ أساسي ما ينطبق على موصلات أكسيد النحاس الفائقة زائدة الإشابة. وقد لُوحظ قانون قياس مماثل11 في النظام ضعيف الإشابة، وتم تفسيره من حيث ارتباط الإلكترونات معًا في أزواج في درجات حرارة مرتفعة، وتشكيل تكاثف بوز عند درجة الحرارة الحرجة، ولكن هذا التفسير لا يمكن أن ينطبق على النظم زائدة الإشابة، بسبب وجود سطوح فيرمي. وفي الواقع، لا يوجد شيء في كل الأعمال التي صدرت عن الأبحاث الكثيرة التي أُجريت على التوصيل الفائق يُلقِي الضوء على هذا اللغز، وقانون قياس بوزوفيتش يجبر الفيزيائيين على العودة إلى البحث من جديد.


المصدر : مجله نيتشر العربية

ساعد في نشر والارتقاء بنا عبر مشاركة رأيك في الفيس بوك


الموضوع الأصلي: الإلكترونات فائقة التوصيل المفقودة || الكاتب: ملك || المصدر: اسم منتداك

كلمات البحث

العاب ، برامج ، سيارات ، هاكات ، استايلات








رد مع اقتباس
إضافة رد

مواقع النشر (المفضلة)

الكلمات الدلالية (Tags)
المفقودة, التوصيل, الإلكترونات, فائقة

أدوات الموضوع
انواع عرض الموضوع

تعليمات المشاركة
لا تستطيع إضافة مواضيع جديدة
لا تستطيع الرد على المواضيع
لا تستطيع إرفاق ملفات
لا تستطيع تعديل مشاركاتك

BB code is متاحة
كود [IMG] متاحة
كود HTML معطلة

الانتقال السريع

Facebook Comments by: ABDU_GO - شركة الإبداع الرقمية

Bookmark and Share


الساعة الآن 04:31 AM.

أقسام المنتدى

لغة الفيزياء | الفيزياء العامة | الفيزياء الحديثة | الفيزياء النووية | المحاضرات عن بعد | تكنو فيز | الوسائط التعليمية | الفيديو العلمي | طرق وأساليب التدريس | الأجهزة التعليمية | البرامج والمواد التعليمية | فيزياء المرحلة الثانوية (نظام المقررات ) | الترجمة | الأخبار العلمية والتكنولوجيا | لغة الأدب | الأدب العربي | الأدب النبطي | لغتنا العربية | الركن الهادئ | لغة الذات | دورات وقراءات | الميديا التنموية | الروحانيات | اسأل طبيبك | استراحة المنتدى | لقاء العائلة | شاركنا أخبارك | التعارف والترحيب بين الأعضاء | منتدى الإدارة | القرارات الإدارية | تواصل مع الإدارة | منتدى الاقتراحات والملاحظات | ريشة فنان | منتدى المواضيع المحذوفة والمكررة | الفيزياء الطبية | مسار محاضرات الفيزياء | مسار محاضرات الفيزياء الجزء الأول (1و2و3) | مسار محاضرات الفيزياء الجزء الثاني (4و5و6) |



Powered by vbulletin
Copyright ©2000 - 2021.


HêĽм √ 3.1 BY: ! ωαнαм ! © 2010

أن المنتدى غير مسئول عما يطرح فيه أفكار وهي تعبر عن آراء كاتبها

This Forum used Arshfny Mod by islam servant

هذا الموقع يستعمل منتجات MARCO1

جميع الحقوق محفوظة لموقع لغة الروح |تصميم المتحدة لخدمات الانترنت