சூப்பர் கண்டக்டர்கள் மற்றும் கிரையோ கண்டக்டர்கள்

சூப்பர் கண்டக்டர்கள் மற்றும் கிரையோ கண்டக்டர்கள்

அறியப்பட்ட 27 தூய உலோகங்கள் மற்றும் ஆயிரத்திற்கும் மேற்பட்ட வெவ்வேறு உலோகக்கலவைகள் மற்றும் சேர்மங்கள் இதில் சூப்பர் கண்டக்டிங் நிலைக்கு மாறுவது சாத்தியமாகும். தூய உலோகங்கள், உலோகக்கலவைகள், இடை உலோக கலவைகள் மற்றும் சில மின்கடத்தா பொருட்கள் ஆகியவை இதில் அடங்கும்.

சூப்பர் கண்டக்டர்கள்

வெப்பநிலை குறையும் போது உலோகங்களின் குறிப்பிட்ட மின் எதிர்ப்பு குறைகிறது மற்றும் மிகக் குறைந்த (கிரையோஜெனிக்) வெப்பநிலையில், உலோகங்களின் மின் கடத்துத்திறன் முழுமையான பூஜ்ஜியத்தை நெருங்குகிறது.

1911 ஆம் ஆண்டில், உறைந்த பாதரசத்தின் வளையத்தை 4.2 K வெப்பநிலையில் குளிர்விக்கும் போது, ​​டச்சு விஞ்ஞானி G. Kamerling-Onnes, மோதிரங்களின் மின் எதிர்ப்பானது திடீரென அளவிட முடியாத மிகச் சிறிய மதிப்பிற்குக் குறைந்ததைக் கண்டறிந்தார். மின் எதிர்ப்பின் இத்தகைய மறைவு, அதாவது. ஒரு பொருளில் எல்லையற்ற கடத்துத்திறன் தோன்றுவது சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டி என்று அழைக்கப்படுகிறது.

போதுமான அளவு குறைந்த வெப்பநிலை நிலைக்கு குளிர்விக்கும் போது சூப்பர் கண்டக்டிங் நிலைக்கு செல்லும் திறன் கொண்ட பொருட்கள் சூப்பர் கண்டக்டர்கள் என்று அழைக்கப்பட்டன.ஒரு சூப்பர் கண்டக்டிங் நிலைக்கு பொருளின் மாற்றம் இருக்கும் முக்கியமான குளிரூட்டும் வெப்பநிலை சூப்பர் கண்டக்டிங் டிரான்சிஷன் வெப்பநிலை அல்லது கிரிட்டிகல் டிரான்சிஷன் வெப்பநிலை Tcr என்று அழைக்கப்படுகிறது.

ஒரு சூப்பர் கண்டக்டிங் மாற்றம் மீளக்கூடியது. வெப்பநிலை Tc க்கு உயரும் போது, ​​பொருள் அதன் இயல்பான (கடத்தும் அல்லாத) நிலைக்குத் திரும்பும்.

சூப்பர் கண்டக்டர்களின் சிறப்பியல்பு என்னவென்றால், ஒரு சூப்பர் கண்டக்டிங் சர்க்யூட்டில் ஒரு முறை தூண்டப்பட்டால், மின்சாரம் அதன் வலிமையில் குறிப்பிடத்தக்க குறைப்பு இல்லாமல் நீண்ட நேரம் (ஆண்டுகள்) இந்த சுற்றுடன் சுற்றும், மேலும், வெளியில் இருந்து கூடுதல் ஆற்றல் வழங்கல் இல்லாமல். ஒரு நிரந்தர காந்தம் போல, அத்தகைய சுற்று சுற்றியுள்ள இடத்தில் உருவாக்குகிறது காந்த புலம்.

1933 ஆம் ஆண்டில், ஜேர்மன் இயற்பியலாளர்கள் வி.மெய்ஸ்னர் மற்றும் ஆர். ஆக்சன்ஃபெல்ட் ஆகியோர் சூப்பர் கண்டக்டிங் நிலைக்கு மாறும்போது சூப்பர் கண்டக்டர்கள் சிறந்த மின்காந்தங்களாக மாறும் என்பதை நிறுவினர். எனவே, வெளிப்புற காந்தப்புலம் ஒரு சூப்பர் கண்டக்டிங் உடலில் ஊடுருவாது. ஒரு சூப்பர் கண்டக்டிங் நிலைக்கு பொருள் மாறுவது ஒரு காந்தப்புலத்தில் ஏற்பட்டால், புலம் சூப்பர் கண்டக்டருக்கு வெளியே "தள்ளப்படுகிறது".

அறியப்பட்ட சூப்பர் கண்டக்டர்கள் மிகக் குறைந்த முக்கியமான நிலைமாற்ற வெப்பநிலை Tc. எனவே, சூப்பர் கண்டக்டர்களைப் பயன்படுத்தும் சாதனங்கள் திரவ ஹீலியம் குளிரூட்டும் நிலைகளின் கீழ் செயல்பட வேண்டும் (சாதாரண அழுத்தத்தில் ஹீலியத்தின் திரவமாக்கல் வெப்பநிலை சுமார் 4.2 DA SE ஆகும்). இது சூப்பர் கண்டக்டிங் பொருட்களின் உற்பத்தி மற்றும் இயக்க செலவுகளை சிக்கலாக்குகிறது மற்றும் அதிகரிக்கிறது.

பாதரசம் தவிர, சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டி மற்ற தூய உலோகங்கள் (வேதியியல் கூறுகள்) மற்றும் பல்வேறு உலோகக்கலவைகள் மற்றும் இரசாயன கலவைகள் ஆகியவற்றில் இயல்பாக உள்ளது. இருப்பினும், வெள்ளி மற்றும் தாமிரம் போன்ற பெரும்பாலான உலோகங்களில், நிலைமை தோல்வியுற்றால், இந்த நேரத்தில் அடையும் குறைந்த வெப்பநிலை சூப்பர் கண்டக்டிங் ஆக மாறும்.

சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டி நிகழ்வைப் பயன்படுத்துவதற்கான சாத்தியக்கூறுகள் Tc இன் சூப்பர் கண்டக்டிங் நிலைக்கு மாற்றத்தின் வெப்பநிலையின் மதிப்புகள் மற்றும் காந்தப்புலத்தின் முக்கியமான வலிமை ஆகியவற்றால் தீர்மானிக்கப்படுகின்றன.

சூப்பர் கண்டக்டிங் பொருட்கள் மென்மையான மற்றும் கடினமானதாக பிரிக்கப்படுகின்றன. மென்மையான சூப்பர் கண்டக்டர்களில் நியோபியம், வெனடியம், டெல்லூரியம் தவிர தூய உலோகங்கள் அடங்கும். மென்மையான சூப்பர் கண்டக்டர்களின் முக்கிய தீமை முக்கியமான காந்தப்புல வலிமையின் குறைந்த மதிப்பாகும்.

மின் பொறியியலில், மென்மையான சூப்பர் கண்டக்டர்கள் பயன்படுத்தப்படுவதில்லை, ஏனெனில் அவற்றில் உள்ள சூப்பர் கண்டக்டிங் நிலை ஏற்கனவே குறைந்த மின்னோட்ட அடர்த்தியில் பலவீனமான காந்தப்புலங்களில் மறைந்துவிடும்.

திடமான சூப்பர் கண்டக்டர்களில் சிதைந்த படிக லட்டுகள் கொண்ட உலோகக் கலவைகள் அடங்கும். ஒப்பீட்டளவில் அதிக மின்னோட்ட அடர்த்தி மற்றும் வலுவான காந்தப்புலங்களில் கூட அவை சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டியைத் தக்கவைத்துக்கொள்கின்றன.

திடமான சூப்பர் கண்டக்டர்களின் பண்புகள் இந்த நூற்றாண்டின் நடுப்பகுதியில் கண்டுபிடிக்கப்பட்டன, இப்போது வரை அவற்றின் ஆராய்ச்சி மற்றும் பயன்பாட்டின் சிக்கல் நவீன அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்பத்தின் மிக முக்கியமான பிரச்சினைகளில் ஒன்றாகும்.

திடமான சூப்பர் கண்டக்டர்கள் பல செயல்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளன:

• குளிர்ச்சியின் போது, ​​மென்மையான சூப்பர் கண்டக்டர்கள் மற்றும் ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலை இடைவெளியில் சூப்பர் கண்டக்டிங் நிலைக்கு மாறுவது திடீரென ஏற்படாது;

• சில திடமான சூப்பர் கண்டக்டர்கள் ஒப்பீட்டளவில் உயர் மதிப்புகள் முக்கியமான மாற்றம் வெப்பநிலை Tc, ஆனால் ஒப்பீட்டளவில் அதிக மதிப்புகள் முக்கியமான காந்த தூண்டல் Vkr;

• காந்த தூண்டலில் ஏற்படும் மாற்றங்களில், சூப்பர் கண்டக்டிங் மற்றும் இயல்பான இடையே இடைநிலை நிலைகளைக் காணலாம்;

• அவற்றின் வழியாக மாற்று மின்னோட்டத்தை கடக்கும்போது ஆற்றலைச் சிதறடிக்கும் போக்கு உள்ளது;

• உற்பத்தியின் தொழில்நுட்ப முறைகள், பொருள் தூய்மை மற்றும் அதன் படிக கட்டமைப்பின் முழுமை ஆகியவற்றிலிருந்து சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டியின் அடிமையாக்கும் பண்புகள்.

தொழில்நுட்ப பண்புகளின்படி, திடமான சூப்பர் கண்டக்டர்கள் பின்வரும் வகைகளாக பிரிக்கப்படுகின்றன:

• ஒப்பீட்டளவில் எளிதில் சிதைக்கக்கூடிய கம்பி மற்றும் கீற்றுகள் [நியோபியம், நியோபியம்-டைட்டானியம் உலோகக்கலவைகள் (Nb-Ti), வெனடியம்-காலியம் (V-Ga)];

• பலவீனம் காரணமாக சிதைப்பது கடினம், இதிலிருந்து பொருட்கள் தூள் உலோகவியல் முறைகள் மூலம் பெறப்படுகின்றன (நியோபியம் ஸ்டானைடு Nb3Sn போன்ற இடை உலோக பொருட்கள்).

பெரும்பாலும் சூப்பர் கண்டக்டிங் கம்பிகள் செம்பு அல்லது பிற அதிக கடத்தும் பொருட்களால் செய்யப்பட்ட "நிலைப்படுத்தும்" உறையால் மூடப்பட்டிருக்கும் மின்சாரம் மற்றும் உலோகத்தின் வெப்பம், இது வெப்பநிலையில் தற்செயலான அதிகரிப்புடன் சூப்பர் கண்டக்டரின் அடிப்படைப் பொருளை சேதப்படுத்துவதைத் தவிர்க்க உதவுகிறது.

சில சந்தர்ப்பங்களில், கலப்பு சூப்பர் கண்டக்டிங் கம்பிகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, இதில் அதிக எண்ணிக்கையிலான சூப்பர் கண்டக்டிங் பொருளின் மெல்லிய இழைகள் செம்பு அல்லது பிற கடத்தாத பொருட்களின் திட உறையில் இணைக்கப்பட்டுள்ளன.

சூப்பர் கண்டக்டிங் ஃபிலிம் பொருட்கள் சிறப்பு பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன:

• முக்கியமான மாற்றம் வெப்பநிலை Tcr சில சந்தர்ப்பங்களில் கணிசமாக Tcr மொத்தப் பொருட்களை மீறுகிறது;

• சூப்பர் கண்டக்டர் வழியாக கடந்து செல்லும் கட்டுப்படுத்தும் மின்னோட்டங்களின் பெரிய மதிப்புகள்;

• சூப்பர் கண்டக்டிங் நிலைக்கு மாற்றத்தின் குறைந்த வெப்பநிலை வரம்பு.

சூப்பர் கண்டக்டர்கள் உருவாக்கும் போது பயன்படுத்தப்படுகின்றன: மின் இயந்திரங்கள் மற்றும் மின்மாற்றிகள் சிறிய வெகுஜன மற்றும் அதிக செயல்திறன் காரணி கொண்ட பரிமாணங்கள்; நீண்ட தூரத்திற்கு மின் பரிமாற்றத்திற்கான பெரிய கேபிள் கோடுகள்; குறிப்பாக குறைந்த தணிவு அலை வழிகாட்டிகள்; சக்தி மற்றும் நினைவக சாதனங்களை இயக்குகிறது; எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கிகளின் காந்த லென்ஸ்கள்; அச்சிடப்பட்ட வயரிங் கொண்ட தூண்டல் சுருள்கள்.

ஃபிலிம் சூப்பர் கண்டக்டர்களின் அடிப்படையில் பல சேமிப்பு சாதனங்கள் உருவாக்கப்பட்டன தானியங்கு கூறுகள் மற்றும் கணினி தொழில்நுட்பம்.

சூப்பர் கண்டக்டர்களில் இருந்து வரும் மின்காந்த சுருள்கள் காந்தப்புல வலிமையின் அதிகபட்ச சாத்தியமான மதிப்புகளைப் பெறுவதை சாத்தியமாக்குகின்றன.

Cryoprobes

சில உலோகங்கள் குறைந்த (கிரையோஜெனிக்) வெப்பநிலையில் குறிப்பிட்ட மின் எதிர்ப்பு p இன் மிகச் சிறிய மதிப்பை அடையலாம், இது சாதாரண வெப்பநிலையில் உள்ள மின் எதிர்ப்பை விட நூற்றுக்கணக்கான மற்றும் ஆயிரக்கணக்கான மடங்கு குறைவாகும். இந்த பண்புகளைக் கொண்ட பொருட்கள் கிரையோகண்டக்டர்கள் (ஹைபர் கண்டக்டர்கள்) என்று அழைக்கப்படுகின்றன.

உடல் ரீதியாக, கிரையோ கண்டக்டிவிட்டி நிகழ்வு சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டி நிகழ்வுக்கு ஒத்ததாக இல்லை. இயக்க வெப்பநிலையில் கிரையோகண்டக்டர்களின் தற்போதைய அடர்த்தி சாதாரண வெப்பநிலையில் உள்ள தற்போதைய அடர்த்தியை விட ஆயிரக்கணக்கான மடங்கு அதிகமாக உள்ளது, இது நம்பகத்தன்மை மற்றும் வெடிப்பு பாதுகாப்புக்கான அதிக தேவைகளுக்கு உட்பட்ட உயர் மின்னோட்ட மின் சாதனங்களில் அவற்றின் பயன்பாட்டை தீர்மானிக்கிறது.

மின் இயந்திரங்கள், கேபிள்கள் போன்றவற்றில் கிரையோகண்டக்டர்களின் பயன்பாடு. சூப்பர் கண்டக்டர்களை விட குறிப்பிடத்தக்க நன்மையைக் கொண்டுள்ளது.

சூப்பர் கண்டக்டிங் சாதனங்களில் திரவ ஹீலியம் பயன்படுத்தப்பட்டால், அதிக கொதிநிலை மற்றும் மலிவான குளிர்பதனப் பொருட்கள் - திரவ ஹைட்ரஜன் அல்லது திரவ நைட்ரஜன் ஆகியவற்றின் காரணமாக கிரையோகண்டக்டர்களின் செயல்பாடு உறுதி செய்யப்படுகிறது. இது சாதனத்தை உற்பத்தி செய்வதற்கும் இயக்குவதற்கும் ஆகும் செலவை எளிதாக்குகிறது மற்றும் குறைக்கிறது. இருப்பினும், திரவ ஹைட்ரஜனைப் பயன்படுத்தும் போது எழும் தொழில்நுட்ப சிக்கல்களைக் கருத்தில் கொள்வது அவசியம், ஒரு குறிப்பிட்ட விகிதத்தில், காற்றுடன் ஒரு வெடிக்கும் கலவையை உருவாக்குகிறது.

கிரையோபிராசசர்கள் செம்பு, அலுமினியம், வெள்ளி, தங்கம் ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்துகின்றன.

ஆதார தகவல்: "எலக்ட்ரோ மெட்டீரியல்ஸ்" ஜுரவ்லேவா எல். வி.