Elektronika va asbobsozlik

15-расм. Металл қаршилигининг температурага боғлиқлиги

Tempratura oshishi bilan atomlarning qoldiqlari (ularni ba’zi elektronlari tark etgan) kuchliroq tebranishadi va elektr tokiga halaqit berish kuchayadi. -o‘ta o‘tkazuvchanlik holatidagi qoldiq qarshilik. Tempraturani absolyut nulga yaqinlashtirsak namunaning qarshiligi ga intiladi. Qoldiq qarshilik namuna tartibining tozaligiga bog‘liq – unda turli aralashmalar va tuzilishining kamchiliklari – kovaklar bo‘lishi mumkin.Ular qancha kam bo‘lsa, ham shuncha kichik bo‘ladi.

X. Kamerling–Onnes aynan simob bilan tajriba o‘tkazishning boisi shundaki, u paytlarda tillo, kumush, platina kabi metallardan ko‘ra simobni (haydash yo‘li bilan) yuqori darajada tozalashga erishish mumkin edi.

K ritik tempratura

Tempraturani pasaytirish jarayonida o‘ta o‘tkazuvchanlik sakrab hosil bo‘ladi.O‘ta o‘tkazuvchanlik hosil bo‘ladigan temperatura kritik temperatura T_s deyiladi.Tajribalarni sinchiklab o‘rganish shuni ko‘rsatdiki bu o‘tish yuritik temperaturaning atrofidagi muayyan oraliqda ro‘y beradi.(rasmga qarang)



17-расм. Критик температура. 1-чизиқ –тоза намуна учун, 2-чизиқ “кир” намуна учун

Qarshilik, harakatlanayotgan elektronlarning ishqalishi namunaning toza-kirligidan qat’i-nazar yo‘qoladi. Toza namunada u “tez” sakkrab o‘tadi, “kir” namunada sakrash ko‘proq temperatura oralig‘ini egallaydi. Sakrash oralig‘i (Tso-Tse) eng toza namunalarda juda kichik -gradusning yuzdan kichik ulushlariga teng. Kir namunalarda – o‘nlab gradus.

Har xil moddalar uchun kritik temperatura har xil. rasmda bir necha toza moddalarning kritik temperaturalari va ularda o‘ta o‘tkazuvchanlikning topilish yillari ko‘rsatilgan.
1930 yilda tajribada niobiy moddasida kuzatilgan o‘ta o‘tkazuvchanlik holati yaqin yillargacha eng yuqori temperaturali (9,2 K) o‘ta o‘tkazuvchanlik deb hisoblanib kelindi. Nafaqat simob, qalay, qo‘rg‘oshin, balki qotishmalarning ham o‘ta o‘tkazuvchanligini Kamerning-Onnes ochgan.
Shu paytgacha o‘ta o‘tkazuvchanlikni biz past temperaturada qarshilikning yo‘qligi deb keldik. Biroq, bu - juda murakkab, boshqa omillarga ham bog‘liq xodisa. Eng muhim yana bir omil 1933 yilda nemislar V.Maysner va R.Oksenfeldlar tomonidan kuzatilgan bo‘lib, bu - o‘ta o‘tkazuvchanlikning magnit maydoniga bog‘liqligidir. Uncha kuchli bo‘lmagan o‘zgarmas magnit maydoni o‘ta o‘tkazuvchan holatdagi moddaning tanasidan siqib chiqariladi. Uning ichida magnit maydoni nolgacha kamayadi. Ya’ni o‘ta o‘tkazuvchanlik va magnetizm bir-biriga zid xususiyatlar ekan.
Issiqliq kattaliklari ham o‘ta o‘tkazuvchan materialda o‘ziga xos ahamiyatga ega. O‘ta o‘tkazuvchanlik holatiga o‘tavergan sari moddalarning issiqlik sig‘imi kamaya borib, kritik temperaturada sakrab 2...3 marta oshadi.
B oshida tushunish uchun foydalanib, elektronlarni ko‘zadagi gaz deganimiz unchalik to‘g‘ri emas. Chunki ular zaryadga ega va o‘zaro ta’sirlashadi. Gaz bilan qattiq jism o‘rtasidagi holat – suyuqlik biz uchun aniqroq ko‘l keladi. O‘ta o‘tkazuvchanni ikki xil elektronlar syuqligininig aralashmasi deb faraz qilish mumkin. Normal elektronlar suyuqligi - oddiy, o‘tkazuvchan metalldagi elektronlarga o‘xshash. O‘ta o‘tkazuvchan elektronlar suyuqligi – ishqalisiz oquvchan. Ikkala suyuqlik ham obdon aralashtirilgan. O‘ta o‘tkazuvchanda ikkala suyuqlik ham bor. Ularning ulushlari temperaturaga bog‘liq.. Temperatura pasayib, kritik qiymatga yetganda o‘ta o‘tkazuvchan elektronlar paydo bo‘ladi. Temperatura absolyut nolda hamma elektronlar o‘ta o‘tkazuvchan bo‘ladi. Agar namunadagi magnit maydoni nolga teng bo‘lmasa, o‘ta o‘tkazuvchanlikka o‘tishda bu maydonni namuna tanasidan siqib chiqarish uchun energiya talab qilinadi.Talab qilinadigan energiyaning miqdori namuna tanasidagi magnit maydon ega bo‘lgan energiyaga aynan teng. Agar maydon muayyan bir qiymatdan katta bo‘lsa, temperaturani qancha kamaytirmaylik, o‘ta o‘tkazuvchanlik yuz bermaydi. Bu qiymat magnit maydonning kritik kuchlanganligi deyiladi (N_s). Kritik kuchlanganlik temperaturaga bog‘liq, va, aksincha, kritik temperatura kuchlanganlikka bog‘liq.. Maydon kuchlanganligi kattaroq bo‘lsa, kritik temperatura pastroq, maydon kuchlanganligi kamroq bo‘lsa, kritik temperatura yuqoriroq bo‘ladi. Bu bog‘lanishni ko‘rsatuvchi diagramma rasmda ko‘rsatilgan.
O‘ta o‘tkazuvchanlikka erishish uchun temperatura va magnit maydon kuchlanganligining qiymatlari bo‘yalgan zonaga kirish kerak. Ya’ni, temperatura va maydon kuchlanganlikning qiymatlari shu zonadagi biror nuqtaga to‘g‘ri keladigan darajada past bo‘lsagina o‘ta o‘tkazuvchanlik mavjud. 1960-yilda Dj. Kansler T=4,2K, N=88000Ersted temperatura va maydon kuchlanganliklarida NV₃Sn (niobiy-qalay) dan ishlangan sim orqali zichligi 100000 A/sm² bo‘lgan tok o‘tkazishga erishgan. Har bir material uchun o‘z kritik N_s va T_s lari mavjud. (Taqqoslash uchun: 1A tokli oddiy sim 2 E maydon kuchlanganligi hosil qiladi)
Bu ikki kattalikdan tashqari o‘ta o‘tkazuvchanlikni chegaralab turuvchi yana bir kattalik bor. U - tok. Kritik tok. O‘ta o‘tkazgichlarning o‘lchamlari cheklangan. Birlik yuzaga ega o‘ta o‘tgazgich o‘z ko‘ndalang kesimidan cheklangan zichlikdagi tokni o‘tkazish imkoniyatiga ega. Bu kattalikni kritik zichlik deyishib, j_s bilan belgilashadi(A/sm²). Agar biroz oldin muhokama qilganimiz tashqi magnit maydoni mavjud bo‘lmasa ham, o‘ta o‘tkazgichdagi tok o‘z magnit maydonini hosil qiladi. Bu xususiy maydon ham o‘ta o‘tkazuvchanlikni buzishga harakat qiladi. Kritik zichlikdagi tok yoki kritik tok shundayki, u kritik magnit maydon kuchlanganligi hosil qiladi va o‘ta o‘tkazuvchanlikni buzadi.
O‘ta o‘tkazgichlar ikki turga bo‘linadi. Biz shu payitgacha 1-turini muhokama qilib keldik.1-turning xususiyati shundaki, ular o‘z tanasidan magnit maydonini siqib chiqaradi, uning qiymati kritik maydon kuchlanganligi N_s ga kamayib yetmaguncha unga qarshi kurashadi. N_s dan yuqori qiymatlarda normal holatga o‘tadi. Oraliq holatda namuna (o‘ta o‘tkazgich) xuddi bir necha sohalarga bo‘linib, o‘z tanasining ba’zi sohalariga magnit maydoni kirishga ruxsat beradi. Ya’ni, normal (magnit maydoni kirgan) va o‘ta o‘tkazuvchan (magnit maydoni kirmagan) sohalarga bo‘linadi. Normal sohalardan N_s maydon kuchlanganligi “oqib” turadi, o‘ta o‘tkazuvchan sohalarda maydon nolga teng. Bunday, 1-tur o‘tkazgichlarga simob, qalay, qo‘rg‘oshin kabilar kiradi.
2-tur o‘ta o‘tkazgichlar ـ asosan, qotishmalar. Toza moddalardan esa bu turga Niobiy mansub. 2-tur o‘ta o‘tkazgichlar ham magnit maydonini siqib chiqaradi. Faqat juda kichik maydonni. Maydon kuchlanganligi oshishi bilan, 2- tur o‘ta o‘tkazgich bu maydonni o‘ziga kiritish imkonini topadi va shu vaqtning o‘zida o‘ta o‘tkazuvchanlikni saqlab qoladi. Bu holat kritikdan ancha kichik maydon kuchlanganligida yuz beradi: o‘ta o‘tkazgichda o‘z-o‘zidan uyurma toklar paydo bo‘ladi. Tok uyurmalari o‘tkazgich bo‘ylab oqmasdan, o‘tkazgich tanasida muayyan diametrli halqalarga o‘xshab (10^-7sm) tartib bilan joylashadi, uyurmalar kanali hosil qiladi.
Bu kanal magnit oqimining bir qismini o‘ziga yutib oladi. O‘ta o‘tkazgichda bu uyurmalar kanali tashqi magnit maydonga parallel joylashgan (rasm). Tashqi maydon bo‘lmasa uyurmalar ham yo‘q. Ular tanaga faqat yon sirtlar orqali kirish yoki chiqishlari mumkin. Bu kirish va chiqish jarayonida ular o‘zlari bilan tashqi maydon oqimini o‘z ichiga olib kirib ketishi yoki olib chiqishi mumkin. Agar tashqi magnit maydon kuchlanganligini oshirsak uyurmaning o‘lchamlari o‘zgarmaydi, u olib kiradigan magnit oqimi ko‘paymaydi balki, oddiygina, uyurmalarning soni ko‘payadi, oralaridagi masofa kamayadi. Magnit maydoni yo‘nalishida qaralsa (ya’ni uyurmaning tubidan), uyurmalar o‘zaro uchburchak tartibda joylashganligi mikroskopda kuzatilgan (rasm). Yangi, pastki kritik magnit maydoni kuchlanganligi N_s1, deb atalgan qiymatda o‘ta o‘tkazgich tanasida birinchi uyurmalar paydo bo‘ladi. Maydonni yanada kuchaytirishda davom etilsa,uyurmalar soni oshaveradi. Ular orasidagi masofa kamayaveradi.
Agar maydon kuchaytirilaversa, uyurmalar bir-biriga shunchalik yaqinlashadiki, ular birlashib, o‘zaro quyulib ketadi. Bunda o‘ta o‘tkazgich normal o‘tkazgich holatiga qaytadi, o‘ta o‘tkazuvchanlik yo‘qoladi. O‘ta o‘tkazuvchanlikning buzilishiga olib keluvchi magnit maydon kuchlanganligi yuqori kritik kuchlanganik H_c2 deyiladi. Mana shunday qilib, 2-tur o‘ta o‘tkazgich magnit maydoni va o‘ta o‘tkazuvchanlikni bir biri bilan “yarashtirish”ga, “kelishtirish”ga intiladi. 2-tur o‘ta o‘tkazgichda uyurmadan tashqarida (biroq namuna tanasida) magnit maydoni yo‘q.
O‘ta o‘tkazuvchanlikni daxldor eng muhim omillarni ko‘rib chiqdik. Ulardan tashqari atomlar kristall panjarasining tuzilishi, uning tebranishi, modda tarkibidagi begona moddalar, tarkibdagi nuqsonlar va boshqa ko‘p va murakkab omilllar haqida alohida to‘xtalmadik. Chuqur nazariy va matematik mulohazalar ushbu kitob doirasiga kirmaydi.
O‘ta o‘tkazuvchanlikka hayotdan misol olinadigan bo‘lsa, baletni ko‘rsatish mumkin spektaqil boshlanishi oldidan artistlar sahnada yurishibdi. Har kim o‘zicha, biror tartibli harakat yo‘q.. Bu - o‘tkazgichning normal holatiga mos. Yoki soldatlar kamandirning buyrig‘i bilan safda ketishmoqda. Bu ham normal holatda o‘tkazgichdagi tokga misol. Endi sahnada spektakl boshlandi, deb faraz qiling. Murakkab va nozik harakatlar barcha artistlarda bir xil va juda yuqori san’at bilan bajarilmoqda. Qatorda yurgan soldatlar yoki tartibsiz harakatdagi artistlarga qaragandan ko‘ra baletni tomosha qilish minglab karra zavq berishini normal o‘tkazuvchanlikdagi va o‘ta o‘tkazuvchanlikdagi toklar bilan qiyoslash mumkin.