الموصلية الفائقة
تحت درجة حرارة حرجة، توصل بعض المواد الكهرباء بمقاومة صفرية تمامًا وتطرد المجالات المغناطيسية، وهي حالة كمومية عيانية يفسرها اقتران الإلكترونات.
Definition
الموصلية الفائقة هي طور ديناميكي حراري، يتم الدخول إليه تحت درجة حرارة حرجة، حيث ترتبط الإلكترونات في أزواج كوبر التي تتكثف في حالة كمومية متماسكة واحدة، مما ينتج مقاومة كهربائية صفرية تمامًا وطردًا للتدفق المغناطيسي يُعرف بتأثير مايسنر.
Scope
يغطي هذا المجال الظواهر والنظرية المجهرية للموصلية الفائقة: المقاومة الصفرية وتأثير مايسنر، ونظريتي لندن وجينزبورغ-لانداو الظاهريتين، ونظرية BCS لاقتران كوبر، والسلوك من النوع الأول والنوع الثاني مع دوامات التدفق، وتأثير جوزيفسون، والموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية القائمة على الكوبرات والحديد التي لا تزال غير مفسرة. يعالج هذا المجال الحالة الفائقة التوصيل كظاهرة كمومية عيانية ويربطها بالمغناطيسية والفونونات والترابط الإلكتروني القوي.
Sub-topics
Core questions
- لماذا تطرد الموصلات الفائقة المجال المغناطيسي (تأثير مايسنر) بدلاً من مجرد امتلاك مقاومة صفرية؟
- كيف تسمح آلية BCS للإلكترونات، التي تتنافر مع بعضها البعض، بالارتباط في أزواج كوبر؟
- ما الذي يميز الموصلات الفائقة من النوع الأول عن النوع الثاني، وكيف تنشأ دوامات التدفق؟
- لماذا لا تزال الموصلات الفائقة عالية الحرارة القائمة على الكوبرات غير مفسرة بواسطة نظرية BCS التقليدية؟
Key concepts
- المقاومة الصفرية وتأثير مايسنر
- أزواج كوبر وفجوة الطاقة الفائقة التوصيل
- نظريتا لندن وجينزبورغ-لانداو
- الموصلات الفائقة من النوع الأول والنوع الثاني ودوامات التدفق
- تأثير جوزيفسون والتماسك الطوري العياني
Key theories
- نظرية BCS
- أظهر باردين وكوبر وشريفر أن جذبًا ضعيفًا بوساطة الفونونات يربط الإلكترونات بالقرب من سطح فيرمي في أزواج كوبر التي تتكثف في حالة متماسكة ذات فجوة طاقة، مما يفسر المقاومة الصفرية وتأثير مايسنر وتأثير النظائر.
- نظرية جينزبورغ-لانداو
- تصف نظرية معامل الترتيب الظاهرية الانتقال الفائق التوصيل والتغيرات المكانية للمكثف؛ وتصنف نسبة عمق الاختراق إلى طول التماسك الموصلات الفائقة إلى النوع الأول أو النوع الثاني وتتنبأ بشبكة دوامات أبريكوسوف.
Clinical relevance
تُمكّن الموصلات الفائقة من نقل الطاقة بدون فقدان، والمغناطيسات عالية المجال المستخدمة في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) ومسرعات الجسيمات، ومقاييس المغناطيسية SQUID فائقة الحساسية وكيوبتات الحوسبة الكمومية المعتمدة على تأثير جوزيفسون؛ ولا تزال الموصلية الفائقة ذات درجة الحرارة العالية تمثل إحدى المشكلات المركزية المفتوحة في الفيزياء.
History
اكتشف كامرلينغ أونس الموصلية الفائقة في الزئبق عام 1911؛ وسبق تأثير مايسنر (1933) وظواهر لندن وجينزبورغ-لانداو النظرية المجهرية BCS عام 1957، وفتح اكتشاف بيدنورز ومولر للموصلية الفائقة في الكوبرات عام 1986 الفصل الذي لا يزال مفتوحًا للموصلية الفائقة ذات درجة الحرارة العالية.
Debates
- آلية الموصلية الفائقة ذات درجة الحرارة العالية
- آلية الاقتران في الكوبرات وغيرها من الموصلات الفائقة غير التقليدية ليست محسومة؛ وما إذا كانت مدفوعة بتقلبات الدوران، أو ارتباطات إلكترونية أخرى، أو بعض العمليات بمساعدة الفونونات لا يزال سؤالًا نشطًا وغير محلول.
Key figures
- John Bardeen
- Heike Kamerlingh Onnes
- Vitaly Ginzburg
Related topics
Seminal works
- bardeen1957
- bednorz1986
- tinkham2004
Frequently asked questions
- هل الموصل الفائق مجرد موصل مثالي؟
- لا. الموصل المثالي سيحتجز فقط أي مجال موجود؛ بينما يطرد الموصل الفائق بنشاط التدفق المغناطيسي (تأثير مايسنر)، مما يميزه كطور ديناميكي حراري مميز بدلاً من مجرد معدن بدون مقاومة.
- كيف يمكن للإلكترونات التي تتنافر مع بعضها البعض أن تقترن؟
- في الموصلات الفائقة التقليدية، يشوه إلكترون واحد شبكة الأيونات الموجبة، ويجذب تركيز الشحنة الموجبة الناتج إلكترونًا ثانيًا؛ يمكن لهذا الجذب بوساطة الفونونات أن يتغلب على تنافر كولوم المحجوب ويربط زوج كوبر.