العودة   منتدى لغة الروح > لغة الفيزياء > الفيزياء العامة


فيزياء حرارية: تصاعد سخونة التداخل الكَمِّي

كل ما يخص الفيزياء العامة


إضافة رد
 
أدوات الموضوع انواع عرض الموضوع
#1  
قديم 04-17-2016, 11:24 PM
mo7med غير متواجد حالياً
لوني المفضل Cadetblue
 رقم العضوية : 647
 تاريخ التسجيل : Apr 2016
 فترة الأقامة : 1627 يوم
 أخر زيارة : 11-09-2017 (06:56 PM)
 المشاركات : 101 [ + ]
 التقييم : 30
 معدل التقييم : mo7med is on a distinguished road
بيانات اضافيه [ + ]
Post فيزياء حرارية: تصاعد سخونة التداخل الكَمِّي



فيزياء حرارية: تصاعد سخونة التداخل الكَمِّي

تأثير حراري تم التنبؤ به منذ أكثر من 40 عامًا كاد أن يصبح نسيًا منسيًّا، بينما سَرقتْ ظاهرةٌ ذات صلةٍ الأضواءَ. والآن، وبعد التثبت منها بالتجربة، قد يحفز التأثير تطوير أجهزة تحكم حراري.
تأليف : ريموند و. سِيموندز


أليسَ غريبًا أن تكون هناك مادة ذات خاصية توصيل حراري يمكن تغييرها بمجال مغناطيسي؟ تخيل أنك تمسك طرف قضيب مصنوع من هذه المادة، وأن الطرف الآخر موضوع في نار حامية. لن تحترق يدُك، طالما أبقى رفيق لك قضيبًا ممغنطًا بعيدًا عن القضيب، لكن حالما يتم إطلاق مجال مغناطيسي، فستلسعك حرارة القضيب! كم يبدو هذا غريبًا، إلا أن قواعد ميكانيكا الكم (الكوانتم) تتنبأ بمثل هذه الحالة التي تنتقل فيها الحرارة عبر زوج من وصلات جوزيفسون (تتكون من موصلين فائقين تفصلهما فجوة عازلة رقيقة). وكان جيازوتو ومارتينِز-پيريز1 قد وصفا مؤخرًا بمجلة «نيتشر» تجارب تؤكد إمكان حدوث هذه الظاهرة الغريبة في الواقع.

في عام 1962، قام بريان جوزيفسون باكتشاف2 جدير بالملاحظة عندما كان طالبًا بالدراسات العليا، إذ بينما كان يختبر ما الذي قد يحدث إذا وُضِع اثنان من المعادن فائقة التوصيل بالقرب من بعضهما جدًّا، دون أن يتلامسا. لقد وجد أن «أزواج كـوبر» من الإلكترونات التي تولد التيار الفائق (الذي يَسْري دون مقاومة) في الموصلات الفائقة قد تقفز بأعجوبة، أو تتخذ «نفقًا»، عبر الفجوة، دون الحاجة إلى تطبيق جهد كهربي.

ويعتمد حجم التيار الفائق المتدفق عبر «حاجز النفق» هذا على ما إذا كان الموصلان الفائقان عند أيٍّ من حافتي الفجوة لهما نفس الطور، أم لهما طور مختلف. وهي خاصية لدالة موجية بميكانيكا الكَمّ تصف سلوك «أزواج كوبر». ففي موصل فائق ضخم، نجد أن أي تغيرات طورية في الدالة الموجية بين المناطق المحلية تسبِّب سريان تيار فائق. وعلى جانب آخر، يؤدي إجبار أي تيار فائق على السريان إلى إنتاج فروق طورية، حتى عَبْرَ حاجز رقيق غير موصل أو عازل.





فيزياء حرارية: تصاعد سخونة التداخل

الشكل 1 | أداة تداخل كمي فائقة التوصيل بتيار مستمر (d.c.-SQUID). أ في أجهزة d.c.-SQUID، توجد حلقة توصيل فائق تحتوي على وصلتي جوزيفسون ـ حواجز عازلة رقيقة (أصفر) مشطورة بين موصلين فائقين (أحمر وأزرق). ب أقصى تيار كهربي (I، أسود، المحور الأيسر) يسري عبر الجهاز من اليسار إلى اليمين يمكن أن يتم تغييره تماما بواسطة قدر من الفيض المغناطيسي (ɸ) يمر عبر الحلقة. Io هو أقصى تيار يمكن سريانه عبر أجهزة d.c.-SQUID؛ ɸo هو فيض مغناطيسي كمي، 2.07 × 10-15ويبر. جيازوتو ومارتينِز-بيريز لاحظا تأثير تداخل لسريان الحرارة (Q، أحمر، المحور الأيمن؛ Qo هو أقصى إجمالي لتيار سريان الحرارة) عبر أجهزة d.c.-SQUID؛ إجمالي كمية الحرارة التي تمر عبر الجهاز يمكن أيضا تعديلها بواسطة تطبيق فيض مغناطيسي.


لاحِظْ أيضًا ماذا يحدث عندما تشكل الموصلات الفائقة دوائر كهربية مغلقة، مثل الحلقات. الآن الطور الكلي الذي يتراكم حول الحلقة عندما يسري التيار الفائق يجب أن يكون عددًا صحيحًا مضروبًا في «2π»، للحفاظ على استمرارية الدالة الموجية. وهذا يسبب فيضًا مغناطيسيا في النظام؛ فيصير مثبت القيمة (مُكَمًّى). ويمكن الجمع بين تأثير جوزيفسون مع تثبيت قيمة (تكمم) الفيض هذا؛ لإنتاج أداة3 تداخل كمي فائقة التوصيل بتيار مستمر. وفي هذه الأجهزة، يمكن لمسار توصيل فائق منفصل مع وصلتي جوزيفسون استدامة أقصى تيار فائق، ويمكن تعديل سعته بمقدار الفيض المغناطيسي الذي يثقب الحلقة (الشكل 1). وتُعدّ أجهزة التداخل الكمي هذه من بين أكثر المجسَّات حساسيةً للفيض المغناطيسي على الإطلاق، ووجدت طريقها لعديد من التطبيقات العملية3.

وإضافة إلى التيار الفائق المعتمد على الطور، اكتشف2 جوزيفسون تيارين آخرين، يُوجَدان عندما يُوجَد فرق جهد محدود عبر الوصلة. وقد تولدت هذه التيارات بسبب تنفيق أشباه الجسيمات (إلكترونات وحيدة من أزواج كوبر منفصلة) أو أشباه جسيمات مع أزواج كوبر. كان النوع الأول على غرار تدفق الإلكترونات خلال وصلات معدنية- معدنية عادية، لكن النوع الثاني من التيار كان غريبا بعض الشيء؛ فهو ينطوي على عملية ديناميكية وقع بها تنفيق في الوصلة، جنبًا إلى جنب مع عمليات انفصال وإعادة اتحاد «أزواج كوبر». ولأن «أزواج كوبر» منخرطة هنا، فإن هذا التيار ينبغي أن يبدي تأثيرات تداخل مناظِرة لتلك المشاهَدة في أجهزة تداخل كَمِّي فائقة التوصيل بتيار مستمر (تقوم فيها الفروق في طور الدالة الموجية المتراكم على طول مساري حلقة بتوليد تداخل بنـَّاء، أو هدَّام)، لكن التجارب الكهربائية التي تقيس كميًّا بوضوح سلوك «تيار التداخل» ظلت بعيدة المنال4.

والسؤال الآن.. لماذا كل هذا الحديث عن التيارات الكهربية والخواص الحرارية؟ وفقًا لقانون وايدمان فرانز، فإن التوصيل الحراري لمعدن يتناسب طرديًّا مع توصيله الكهربي (ومع درجة الحرارة)، لأن الإلكترونات يمكنها نقل بعض السخونة في معدن. وبعد ثلاث سنوات فقط من عمل جوزيفسون المتواصل، اقتـُرح على المستوى الأكاديمي5
أن التوصيل الحراري عبر وصلة جوزيفسون يجب أن يتضمن كلًّا من تدفق أشباه الجسيمات، وتيار التداخل الغريب الذي يتأثر بالطور خلال الوصلة. وقد تحققت معظم نبوءات جوزيفسون بالتجربة خلال العقد التالي لاكتشافه، لكن هذه النبوءة ظلت كامنة لأعوام عديدة6.

لاحظ جيازوتّو ومارتينز-بيريز مؤخرًا تأثير تداخل سريان الحرارة في دراسة تستخدم أساسًا نفس ترتيب جهاز التداخل الكمي فائق التوصيل ومستمر التيار «d.c.-SQUID» كالذي استـُخدِم من أجل التجارب الكهربية. وعن طريق تسخين جانب واحد من ذلك الجهاز (الجانب الأحمر في الشكل 1) ومراقبة الفرق في درجة الحرارة عبرها، تحقق الباحثون من أن إجمالي تدفق الحرارة خلال الجهاز يمكن تعديله بتطبيق فيض مغناطيسي، تماما كما في النبوءة7. وتيار سخونة التداخل له خاصية مميزة، هي قدرته على توصيل الطاقة في الاتجاه المعاكس لانخفاض درجة الحرارة عبر وصلة. وهذا ما سمح للباحثين الحد من توصيل سخونة أشباه الجسيمات بواسطة ضبط فرق الطور عبر كل وصلة باستخدام فيض مغناطيسي، في حين حافظوا على صافي توصيل الحرارة في اتجاه انخفاض درجة الحرارة، مما يتوافق مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية.

إن تداخل الكم (الكوانتم) لتيارات الحرارة التي قام بقياسها جيازوتو ومارتينِز- بيريز شيء فريد في نوعه، فهو لا يشبه التأثيرات الحرارية الكهربية القياسية المكتشفة في أوائل القرن التاسع عشر(حيث يتم تحويل الفروق في درجة الحرارة إلى جهد، والعكس بالعكس) والتأثيرات الأعجب ذات الصلة، حيث ينخرط هنا تطبيق مجالات مغناطيسية. إنها تشبه تأثيرات التداخل الناجم عن «انعكاس أندرييڤ» ضمن حلقات تشكلت من وصلات بين معادن عادية وموصلات فائقة8، لكن تلك التأثيرات ما زالت كهروحرارية في طبيعتها.

والأنظمة التي لديها خواص حرارية وكهربية ومغناطيسية وحرارية الترابط مهمة للغاية في عمل أجهزة تحكم حراري عملية. واستكشاف الموصلات الفائقة، والوصلات الذرية والجزيئية، أو أنظمة مستوى النانو الأخرى، قد يؤدي (وفي بعض الحالات أدى بالفعل) إلى تطوير محركات حرارية، أو ثلاجات بحجم رقاقة، وآلات حصد الطاقة9. أما
محدودية أجهزة الموصلات الفائقة، فتتمثل في أنها تحتاج درجات حرارة منخفضة لكي تعمل، لكن هناك تطبيقات تعد ميزة بسبب ظروفها المبردة. وأحد الأمثلة مجس حافة الانتقال، وهو جهاز لكشف الفوتونات، كان له أثر ضخم على علم الفلك الراديوي10. وهذه المجسات، والأجهزة الأخرى التي تقيس شدة الإشعاع الكهرومغناطيسي الساقط قد

تستفيد من اكتشاف جيازوتو ومارتينِز-بيريز. إن جهازا يمكن ضبط توصيله الحراري سريعا باستخدام فيض مغناطيسي قد يساعد في التخلص من الحرارة الناتجة عن بيكسلات كاميرا تليسكوب الراديو، مما يزيد معدل إظهار الأطر (اللازمة) لالتقاط الصور، وتقليل إجمالي الوقت المطلوب لرسم خريطة للسماء.
References

  • Giazotto, F. & Martínez-Pérez, M. J. Nature 492, 401–405 (2012).
  • Josephson, B. D. Phys. Lett. 1, 251–253 (1962).
  • Clarke, J. & Braginski, A. I. (eds) The SQUID Handbook (Wiley-VCH, 2004).
  • Langenberg, D. N. Rev. Phys. Appl. 9, 35–40 (1974).
  • Maki, K. & Griffin, A. Phys. Rev. Lett. 15, 921–923 (1965).
  • Guttman, G. D., Nathanson, B., Ben-Jacob, E. & Bergman, D. J. Phys. Rev. B 55, 3849–3855 (1997).
  • Giazotto, F. & Martínez-Pérez, M. J. Appl. Phys. Lett. 101, 102601 (2012).
  • Eom, J., Chien, C.-J. & Chandrasekhar, V. Phys. Rev. Lett. 81, 437–440 (1998).
  • Dubi, Y. & Di Ventra, M. Rev. Mod. Phys. 83, 131–155 (2011).
  • Irwin, K. D. Sci. Am. 295, 86–94 (2006).
من مجلة Nature

ساعد في نشر والارتقاء بنا عبر مشاركة رأيك في الفيس بوك



كلمات البحث

العاب ، برامج ، سيارات ، هاكات ، استايلات








رد مع اقتباس
إضافة رد

مواقع النشر (المفضلة)

الكلمات الدلالية (Tags)
التداخل, الكَمِّي, تصاعد, حرارية:, سخونة, فيزياء

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 05:05 PM.

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 - 2020.


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