Mis on ülijuht: tüübid, materjalid ja omadused

On kahte tüüpi materjale nagu metallid ja isolaatorid. Metallid võimaldavad elektronide voogu ja kannavad endaga elektrilaengut nagu hõbe, vask jne, samas kui isolaatorid hoiavad elektrone ja need ei võimalda selliste elektronide voolu nagu puit, kumm jne. 20. sajandil töötasid välja uued laborimeetodid füüsikud materjalide nulltemperatuurini jahutamiseks. Ta alustas mõne elemendi uurimist, et teada saada, kuidas elekter muudetakse sellistes tingimustes nagu plii ja elavhõbe, kuna need juhivad elektrit teatud temperatuuril ilma takistusteta. Nad on avastanud sama käitumise mitmes ühendis, näiteks keraamikast süsinik-nanotorudeni. Selles artiklis käsitletakse ülevaadet ülijuhist.

Mis on ülijuht?

Definitsioon: Materjali, mis suudab elektrit juhtida ilma takistuseta, nimetatakse ülijuhiks. Enamikul juhtudel pakuvad metallmaterjalid, näiteks ühendid, muidu metallelemendid toatemperatuuril teatud määral vastupidavust, kuigi need pakuvad madalat vastupidavust temperatuur nimetatakse selle kriitiliseks temperatuuriks.

ülijuht

Elektronid voolavad aatomist aatomisse sageli teatud materjalide abil, saavutades kriitilise temperatuuri, seetõttu võib materjali nimetada ülijuhtivaks materjaliks. Neid kasutatakse paljudes valdkondades, nagu magnetresonantstomograafia ja arstiteadus. Enamik turul saadaolevatest materjalidest ei ole ülijuhtivad. Seega peavad nad ülijuhtivaks muutumiseks olema väga madala energiaga olekus. Praegused uuringud keskenduvad ühendite väljatöötamisele, et areneda ülijuhtivateks kõrgel temperatuuril.

Ülijuhtide tüübid

Ülijuhid liigitatakse kahte tüüpi, nimelt tüüp I ja tüüp II.

ülijuhtide tüübid

I tüüpi ülijuht

Selline ülijuht sisaldab juhtivaid põhiosi ja neid kasutatakse erinevates valdkondades, alates elektrikaablitest kuni mikrokiibideni arvutis. Seda tüüpi ülijuhid kaotavad ülijuhtivuse väga lihtsalt, kui see asetatakse kriitilise magnetvälja (Hc) magnetvälja. Pärast seda saab sellest nagu dirigent. Seda tüüpi pooljuhid nimetatakse ka ülijuhtivuse kaotuse tõttu pehmeteks ülijuhtideks. Need ülijuhid alluvad täielikult Meissneri efektile. The ülijuhtide näited on tsink ja alumiinium.

II tüüpi ülijuht

Selline ülijuht kaotab oma ülijuhtivuse aeglaselt, kuid mitte lihtsalt välise magnetvälja paigutusega. Kui vaatleme magnetiseerumise ja magnetvälja graafilist esitust, siis kui teise tüüpi pooljuht asetatakse magnetvälja, kaotab see ülijuhtivuse aeglaselt.

Sellised pooljuhid hakkavad kaotama oma ülijuhtivust vähem olulisel magnetväljal ja langevad ülijuhtivuse kõrgema kriitilise magnetvälja suhtes täielikult. Tingimust kergema kriitilise magnetvälja ja kõrgema kriitilise magnetvälja vahel nimetatakse vahepealseks olekuks.

Seda tüüpi pooljuhte nimetatakse ka kõvadeks ülijuhtideks põhjusel, et nad kaotavad ülijuhtivuse aeglaselt, kuid mitte lihtsalt. Need pooljuhid alluvad Meissneri toimele, kuid mitte täielikult. Parimad näited neist on NbN ja Babi3. Need ülijuhid on rakendatavad tugeva välja ülijuhtivate magnetite jaoks.

Ülijuhtivad materjalid

Me teame, et saadaval on palju materjale, kus mõned neist ülijuhtivad. Välja arvatud elavhõbe, on algsed ülijuhid metallid, pooljuhid jne. Iga erinev materjal muutub ülijuhiks veidi erineval temperatuuril

Enamiku nende materjalide kasutamise peamine probleem on see, et nad ülijuhtivad mõne täieliku nulli kraadi juures. See tähendab, et igasugune kasu, mida saate vastupanu puudumisest, kaotate peaaegu kindlasti nende jahutamisel esmase koha sisse.

Elektrijaam, mis saab teie koju elektrit allapoole suunatud ülijuhtivates juhtmetes, müra hiilgavalt. Nii säästab see tohutult ammendatud energiat. Kuid kui soovite jahutada tohutuid osi ja kõiki tehases olevaid ülekandetraate, et see oleks täielik null, raiskate tõenäoliselt rohkem energiat.

Ülijuhi omadused

Ülijuhtivatel materjalidel on hämmastavad omadused, mis on praeguse tehnoloogia jaoks hädavajalikud. Nende omaduste uurimine jätkub nende omaduste äratundmiseks ja kasutamiseks erinevates allpool loetletud valdkondades.

• Lõputu juhtivus / nulltakistus
• Meissneri efekt
• Üleminekutemperatuur / kriitiline temperatuur
• Josephsoni voolud
• Kriitiline vool
• Püsivad hoovused

Lõputu juhtivus / nulltakistus

Ülijuhtivas olekus illustreerib ülijuhtiv materjal elektritakistuse nulli. Kui materjal jahutatakse selle üleminekutemperatuuri all, väheneb selle takistus ootamatult nulli. Näiteks näitab elavhõbe nulltakistust alla 4k.

Meissneri efekt

Kui ülijuht jahutatakse kriitilise temperatuuri all, ei võimalda see magnetväljal selles läbi minna. See esinemine ülijuhtides on tuntud kui Meissneri efekt.

Ülemineku temperatuur

Seda temperatuuri nimetatakse ka kriitiliseks temperatuuriks. Kui ülijuhtiva materjali kriitiline temperatuur muudab juhtivat seisundit normaalsest ülijuhtivaks.

Josephsoni vool

Kui kaks ülijuhti on isoleermaterjalis õhukese kile abil jagatud, moodustab see vaskpaariga elektronide leidmiseks väikese takistuse ristmiku. See võib tunneli ristmiku ühelt pinnalt teisele pinnale. Kooperipaaride voolu tõttu tuntud voolu nimetatakse Josephson Currentiks.

Kriitiline vool

Kui a autojuht ülijuhtimise tingimustes saab siis välja arendada magnetvälja. Kui vooluhulk tõuseb üle teatud kiiruse, saab magnetvälja suurendada, mis on samaväärne juhi kriitilise väärtusega, mille juures see naaseb oma tavapärasesse olekusse. Praeguse väärtuse voog on tuntud kui kriitiline vool.

Püsivad hoovused

Kui ülijuhtering on paigutatud magnetvälja, mis ületab kriitilise temperatuuri, jahutatakse ülijuhtering praegusel hetkel kriitilise temperatuuri all. Kui me selle välja välistame, saab voolu voogu induktsiooni sisemuses põhjustada selle induktsiooni tõttu. Lenzi seadusest tulenevalt on indutseeritud vool vastu rõngast läbiva voo muutusele. Kui rõngas asetatakse ülijuhtivasse olukorda, nimetatakse püsivooluks voolu voolu jätkamist. See vool tekitab magnetvoo, mis muudab voo voolavaks kogu konstantse rõnga ulatuses.

Pooljuhtide ja ülijuhtide erinevus

Pooljuhi ja ülijuhi erinevust käsitletakse allpool.

Superdirigendi rakendused

Ülijuhtide rakendused hõlmavad järgmist.

• Neid kasutatakse generaatorites, osakeste kiirendites, transpordis, elektrimootorid , andmetöötlus, meditsiin, jõuülekanne , jne.
• Ülijuhte kasutatakse peamiselt võimsate elektromagnetite loomiseks MRI skannerites. Nii et neid kasutatakse jagamiseks. Neid saab kasutada ka magnetiliste ja mittemagnetiliste materjalide eraldamiseks
• Seda juhti kasutatakse jõu edastamiseks pikkade vahemaade jaoks
• Kasutatakse mälu- või salvestuselementides.

KKK

1). Miks peavad ülijuhid külmad olema?

Energiavahetus muudab materjali kuumaks. Nii et pooljuht külmaks muutes on elektronide ligikaudseks koputamiseks vaja väiksemat energiat.

2). Kas kuld on ülijuht?

Parimad toatemperatuuril olevad juhid on kuld, vask ja hõbe ei muutu ülijuhtivaks.

3). Kas toatemperatuuril olev ülijuht on võimalik?

Toatemperatuuril olev ülijuht on võimeline näitama ülijuhtivus temperatuuril umbes 77 kraadi Fahrenheiti

4). Miks pole ülijuhtides takistust?

Ülijuhis on elektritakistus langeb ootamatult nulli aatomite vibratsiooni ja vigade tõttu, peab see tekitama materjalis vastupanu, kui elektronid seda läbivad

5). Miks on ülijuht täiuslik Diamagnet?

Kui ülijuhtivat materjali hoitakse magnetväljas, surub see magnetvoo oma kehast välja. Kriitilise temperatuuri all jahutatuna näitab see ideaalset diamagnetismi.

Seega on see kõik ülevaade ülijuhist. Ülijuht suudab elektrit juhtida, muidu viivad elektronid takistusteta ühest aatomist teise. Siin on teile küsimus, millised on ülijuhi näited?
.