|
O’ta o’tkazgichlar va plazmada elektr o’tkazuvchanlik
|
| bet | 4/6 | | Sana | 17.02.2024 | | Hajmi | 5,78 Mb. | | #158180 |
Bog'liq GAz elektr BMI2.1O’ta o’tkazgichlar va plazmada elektr o’tkazuvchanlik
Yuqorida ko‘rib o‘tganimizdek, metallarning elektr qarshiligi temperatura pasayganda bir tekis kamayib boradi Lekin ba’zi metallarda (Kelvin shkalasi bo‘yicha juda past temperaturalarda qarshilik birdaniga eng kamida o‘nlarcha milliard marta keskin kamayib ketadi,hatto amalda nolga teng bo‘lib qoladi.Bu hodisani 1911- yili golland fizigi Kamerling-Onnes kashf qilgan va u o‘ta o‘tkazuvchanlik hodisasi deb ataladi. Kamerling Onnes suyuq geliyda simobni sovitganida simob sovishi bilan qarshiligi kamayib borishini va temperatura 4,2 K ga yetganda sakrab nolgacha tushganini payqagan.
4-rasm 2-chiziq moddaning o’ta o’tkazuvchan holati
Keyinchalik o‘ta o‘tkazuvchanlik hodisasi qo‘rg‘oshin, qalay, rux, aluminiy va boshqa ko‘pchilik metallarda, shuningdek, bir qator qotishmalarda qayd etildi.
O‘ta o‘tkazuvchanlik xossasiga ega har bir modda uchun o‘ziga xos bo‘lgan o‘ta o‘tkazuvchanlik holatiga o‘tish temperaturasi mavjud bo‘lib, bu temperatura o‘ta o‘tkazgichga aylanish nuqtasi (yoki kritik temperatura) deb ataladi. O‘ta o‘tkazgichga aylanish nuqtasi Kelvin shkalasi bo‘yicha kelvinning bir necha
ulushidan bir necha kelvingacha bo‘lgan oraliqda yotadi.
O‘ta o‘tkazgichlar nihoyatda ajoyib xossalarga ega bo‘ladilar. Birinchidan, o‘ta o‘tkazgichdan yasalgan berk halqada vujudga keltirilgan tok EYK manbayisiz yuzlab soat davomida oqib turishi mumkin. Bunga asosiy sabab, o‘ta o‘tkazuvchan holatda qarshilikning yo‘qligi natijasida tokning so‘nish vaqti juda katta bo‘lishidir.
Masalan, o‘ta o‘tkazuvchanlik holatiga o‘tish temperaturasi 4,2 K bo‘lgan simobda tok 96 soat davomida o‘z qiymatining atigi 0,37qismigacha kamayishi tajribada aniqlangan.Ikkinchidan, magnit maydonning kuchlanganligi har bir o‘ta
o‘tkazgich uchun tayinli bir (kritik) qiymatga yetguncha o‘ta o‘tkazgich ichida magnit maydon hosil qilib bo‘lmaydi. Bunga asosiy sabab, tashqi magnit maydonning har qanday o‘zgarishi natijasida o‘ta o‘tkazgichda induksiyalangan tok so‘nmaydi, shuning uchun bu tokning magnit maydoni tashqi maydonning o‘zgarishini hamma vaqt kompensatsiyalab turadi . Uchinchidan, kuchli tashqi magnit maydoni yoki o‘tkazgichdan oqayotgan tokning magnit maydoni o‘ta o‘tkazuvchanlik holatini buzadi — o‘ta o‘tkazgich oddiy o‘tkazgichga aylanadi. O‘ta o‘tkazgichning temperaturasi o‘ta o‘tkazgichga aylanish nuqtasida past bo‘lsa, o‘ta o‘tkazuvchanlik holatini buzadigan magnit maydon (uni kritik maydon deb ham ataladi) shuncha kuchli bo‘ladi. O‘ta o‘tkazgichga aylanish nuqtasida esa kritrik maydon nolga teng bo‘ladi.Ingichka o‘ta o‘tkazgich simdan katta (minglarcha A/sm2) zichlikdagi tok o‘tkazilganda simning uchlarida hech qanday potensial tushishi sezilmaydi. Tokning hech qanday issiqlik ajratishi ham sezilmaydi, o‘ta o‘tkazgich qizimaydi. O‘ta o‘tkazuvchanlik nazariyasi 1957- yilda amerikalik fiziklar Bardin, Kuper, Shrifer tomonidan va batafsilroq 1958- yilda rusolimi N.N. Bogolubov tomonidan yaratildi. Bu nazariyaga ko‘ra,o‘ta o‘tkazuvchanlik — elektronlarning bir-birlari va atomlar bilan to‘qnashmasdan kristall panjara ichidagi harakatidir. Barcha o‘tkazuvchanlik elektronlari o‘zaro va panjara bilan ta’sirlashmasdan xuddi qovushoqsiz ideal suyuqlik oqimi kabi hech qanday ishqalanishsiz harakatlanadilar. Shuning uchun o‘ta o‘tkazgichning qarshiligi nolga teng bo‘ladi. Kuchli magnit maydoni o‘ta o‘tkazgich ichiga kirib, elektronlarni o‘z yo‘nalishlaridan og‘diradi va elektronlar oqimining „laminar oqishni buzib, elektronlarning kristall panjara bilan to‘qnashishini sodir qiladi, elektr qarshilikni ro‘yobga chiqaradi.O‘ta o‘tkazuvchanlik nazariyasi juda yuqori, hatto xona temperaturasigacha yuqori kritik temperaturaga ega polimer o‘ta o‘tkazgichlarni, shuningdek, juda kuchli kritik magnit maydonli o‘ta o‘tkazgichlarni olish imkoniyati borligini ko‘rsatadi.O‘ta o‘tkazgichlar kuchli magnit maydonini hosil qiladigan o‘ta o‘tkazgich o‘ramli elektromagnitlarda, elektron hisoblash mashinalarning xotira sistemalarini (xotira kriotron elementlarini) yaratishda va boshqa ko‘p sohalarda qo‘llaniladi. Absolyut nolga yaqin temperaturalarda bir qator metall va qotishmalarning elektr qarshiliklari birdaniga sakrab nolga aylanadi, ya'ni modda o’ta o’tkazuvchanlik holatiga o'tadi.
Bunday temperatura kritik temperatura deyiladi va Tk bilan belgilanadi.
Turli metallar uchun Tk turlicha. Masalan, simob uchun Tk = 4,1 K, qo'rg’oshin uchun Tk = 7,3 K. Umuman Tk o’ta o’tkazuvchanlik kuzatiladigan o'tkazgichlarda 20 K yuqori emas. Lekin, o'tao'tkazuvchan moddalarni Yuqori temperaturalarda ham hosil qilish bo'yicha ilmiy izlanishlar davom etib kelmoqda.1986 yilda Shvetsariyalik olimlar Dj.Bednorts va K. Myullerlar T=30K dan yuqori temperaturada keramika-lantan-bariy-mis-kislorod aralashmasidan iborat moddada o’ta o’tkazuvchanlik hodisasini ochdilar. O'sha yilning o'zida Yaponiya, AQSh va Xitoyda ham keramika-lantan-strontsiy-mis-kisloroddan iborat qotishmada (T=40 50K) o'tao'tkazuvchan moddani hosil qildilar. Xuddi shuningdek, Rossiya fanlar akademiyasining fizika institutida A.Golovashkin rahbarligidagi laboratoriyada Yuqori temperaturali o'tao'tkazuvchan modda hosil qilindi. Uning temperaturasi T=100 K ga teng.
Hozirgi paytda AQSh va Rossiya fanlar akademiyasida keramik material-lardan tayyorlangan yangi o'tao'tkazuvchan moddalar hosil qilingan bo'lib, ularda o’ta o’tkazuvchanlik hodisasi T=250K dan boshlab (-230) kuzatiladi. Lekin bu holat turg’un bo'lmay, ba'zan o'zining xossasini yo’qotadi. Hozirgi paytda bunday moddalarning o’ta o’tkazuvchanlik holatiga o'tishlarining tabiatini o'rganish va yangi o'ta o'tkazuvchan moddalarni aniqlash sohasida katta ilmiy tadqiqot ishlari davom etmoqda. Tajribada o'ta o'tkazuvchanlik holatini ikki usulda kuzatish mumkin:
1. Tok o'tayotgan umumiy elektr zanjirga o'ta o'tkazgichdan iborat qismni qo’shish (ulash) yo'li bilan, bunda o'ta o'tkazuvchanlik holatga o'tayotganda qismning uchlaridagi potentsiallar ayrimasi (U= 2- 1=0) nolga aylanadi.
2. O'ta o'tkazuvchan moddadan yasalgan halqani unga perpendikulyar bo'lgan magnit maydoniga joylashtirgandan so'ng, halqa Tk dan past temperaturaga soviganda magnit maydonni uzishyo’li bilan unda magnit maydon induksiyalagan tok halqada chekiz uzoq aylanib turaveradi. Xuddi shunday tajribani 1911 yilda golland fizigi G.Kamerling - Onnes amalga oshirib o’ta o’tkazuvchanlik hodisasini kashf etdi. 1959 yilda Kollinz 2,5 yil davomida ham halqadagi tokning kamaymaganligini aniqladi.
O'ta o'tkazuvchi moddalarda elektr qarshilikning yo'holishdan tashhari, ularga magnit maydoni ham kiraolmasligi aniqlandi, ya'ni ular magnit maydonini to'lasicha siqib chiqaradi. Bu hodisa Mayssner effekti deyiladi. Demak, o'ta o'takazuvchan moddada m =0, ma'lumki m <1 moddalarni diamagnitiklar deyiladi. Demak,o'tao'tkazgichlar ham ideal diamagnitiklardir. Metallar o'tao'tkazuvchan holatga o'tganda ularni boshqa xossalari o'zgaradi (elektronlarning o'tkazuvchanlik zonasida harakati natijasida). Bu xossalarga ularning issiqlik sig’imi, issiqlik o'tkazuvchanligi, termo EDS lar kiradi.Demak, metallarning normal va o'tkazuvchanlik holatlari ularning elektron strukturasini sifat jihatidan farqlanishi bilan xarakterlanadi. Shu ikki faza chegarasida temperatura tashqi magnit maydoniga ta'sir ko'rsatadi. Bu bog’lanish B=B0(1-T2/Tk2) rasmda keltirilgan. Aytish joizki, oddiy sharoitlarda yaxshi o'tkazgich xisoblangan (kumush, mis va oltin) jismlar o’ta o’tkazuvchanlik xossasiga ega emas, chunki, quyida ko'ramiz, o'tkazuvchan moddalar uchun elektron - fonon o'zaro ta'sir asosiy rol o'ynaydi.
O’ta o’tkazuvchanlik nazariyasi 1957 yilda Bardin, Kuper va Shrifferlar tomonidan ishlab chiqilgan (BKSh). Mazkur nazariyaga bino- an metalldagi elektronlar bir-birlaridan kulon kuchlari bilan o'zaro itarishishdan tashhari, ular, tortishishning maxsus turi bilan, bir-birlariga tortishadilar ham. O'zaro tor-tishish itarishishdan ustun bo'lganda o’ta o’tkazuvchanlik hodisasi sodir bo'ladi. O'zaro tortishish natijasida o'tkazuvchanlik elektronlari birlashib kuper juft-larni hosil qiladilar. Bunday juftlikka kirgan elektronlar qarama-qarshi yo'nalgan spinga ega bo'ladilar. Shuning uchun juftliklarning spini nolga teng va ular bozonga aylanadilar. Bozonlar asosiy energetik holatda to'planishga moyil bo'ladilar va ularni uyg’ongan holatga o'tkazish nisbatan qiyin. Agar kuper juftlar muvofiqlashgan harakatga keltirilsa shu holatda ular cheksiz uzoq vaqt qolishlari mumkin. Bunday juftlarning muvofiqlashgan harakati o’ta o’tkazuvchanlik tokini hosil qiladi.Aytilgan gaplarni kengroq tushuntiramiz. Tk dan past temperaturalarda metalda harakatlanayotgan elektronlar, musbat ionlardan tashkil topgan metallning kristall panjarasini diformatsiyalaydi (qutblaydi). Deformatsiya natijasida elektron, panjara bo'ylab elektron bilan ko'chadigan, musbat zaryadli bulut bilan chor atrofidan o'ralib qoladi.Elektron va uni o'rab olgan bulut, boshqa elektronlarni o'ziga tortadigan, musbat zaryadlangan sistemaga aylanadi. Shunday qilib kristall panjara, elektronlar orasida tortishishni yuzaga keltiruvchi, oraliq muhid vazifasini o'taydi.Kvant mexanikasi tili bilan aytganda bu hodisa elektronlar orasida fanon bilan almashishning natijasidir. Metalda harakatlanayotgan elektron panjaraning tebranish tartibini o'zgartirib fonon hosil qiladi (yo’qotadi). Panjaraning uyg’onish energiyasi boshqa elektronga uzatiladi, u esa o'z navbatida fanonni yutadi. Bu tarzdagi fonon almashinish oqibatida elektronlar orasida, tortishish xarakteriga ega bo'lgan qo’shimcha o'zaro tasirlashish paydo bo'ladi.
Past temperaturalarda o'ta o'tkazgich moddalarda bu tortishish kulon tortishishdan ustin bo'ladi. Fanon almashinish bilan bog’liq bo'lgan o'zaro tasirlashish, impuls va spinlari qarama-qarshi bo'lgan elektronlar orasida kuchliroq namoyon bo'ladi. Natijada bunday ikkita elektron kuper juftliklarga birlashadi. hamma o'tkazuvchanlik elektronlari kuper juftliklarni hosil qilishmaydi. Temperatura absolyut noldan farqli bo'lganda juftlarning buzilishining ma’lum ehtimolligi mavjud. Shuning uchun xar doim juftliklar bilan bir qatorda kristall bo'ylab oddiy tarzda harakatlanadigan "normal" elektronlar bo'ladi. Temperatura Tk ga yaqinlashgan sari normal elektronlarning hisasi ortib boradi va Tk da 1ga teng bo'ladi. Demak, Tk dan yuqori temperaturalarda o’ta o’tkazuvchanlik holati bo'lishi mumkin emas. Elektronlar jufti (kuper juftlari) ning hosil bo'lishi metallning energetik spektrini o'zgarishga olib keladi.Elektron sistemani uyg’otish uchun (o’ta o’tkazuvchanlik holatida) xech bo'lmasa, bitta elektronlar jufti orasidagi bog’lanishni buzish kerak, buning uchun Ebog’ energiyasiga teng energiya berish kerak.
Demak, o'tao'tkazuvchan holatda energetik spektrda Ebog’ ga teng bo'lgan energetik tirqish paydo bo'ladi, bu tirqish Fermi sathi sohasida joylashgan. Demak, o'tao'tkazuvchan holatda, elektron sistemaning uyg’ongan holati asosiy holatdan E bog’ energetik tirqish bilan ajralgan bo'ladi. Shuning uchun ular orasidagi kvant o'tishlar doimo bo'lavermaydi. Kichik tezliklarda elektron sistema uyg’onmaydi, bu esa harakatni qarshiliksiz bo'lishiga, ya'ni elektr qarshilikning yo'holishini ko'rsatadi. Temperaturaning ortishi bilan Ebog’ kengligi kichrayadi va Tk da Ebog’ =0 ga aylanadi. O'z navbatida barcha elektron juftlari buziladi va jism normal holatga o'tadi.Hozirgi paytgacha o`ta o`tkazuvchanlik hodisasi ustida keng miqyosda izlanishlar olib borilmoqda va bu hodisani tushuntirish borasida katta yutuqlarga erishilgan. O`rganishlar asosida hozirgi vaqtda yigirmadan ortiq sof metallar, yuzdan ortiq qotishma va ximiyaviy birikmalardan iborat o`ta o`tkazgichlar aniqlangan. Shu narsa qizikki, odatdagi temperaturalarda eng yaxshi o`tkazgichb bo`lib hisoblanadigan metallar absolyut nol temperaturada o`ta o`tkazgichlarga aylanmaydi.
Metallning o`ta o`tkazuvchanlik holatiga o`tish temperaturasi kritik temperature Tk deb yuritiladi. Masalan, o`ta otkazgichlardan talliy, qalayi va qo`rg`oshin uchun kritik temperatura, mos ravishda 2.35K, 3.73K va 7.19K ga teng.O`ta o`tkazgich holatning asosiy xususiyati 1933-yilda V.Meyssner va R.Oshenfeld tomonidankashf qilingan va tashqi magnit maydonni o`ta o`tkazgich ichidan itarib chiqarish hodisasi Meyssner effektidan iborat. O`ta o`tkazgich ferromagnitga teskari ideal diamagnetik xossasiga ega. O`ta o`tkazgich ichida magnit maydon nolga teng. Meyssner effektini ichki maydonni o`zgarmasligidan iborat ideal o`tkazuvchanlikning zaruriy sharti deb hisoblash noto`g`ri ekanligini Maksvell tenglamalariga asoslangan analizdan ko`rinadi.
Magnit maydonida o`ta o`tkazuvchanlik hodisasi: Magnitning o`ta o`tkazgich holatini tashqi magnit maydon H ta`sirida buzish mumkin. Maydon kuchlanganligining ushbu qiymatini kritik cheklanganlik H deyiladi.(1-rasm)
5 -rasm. O`ta o`tkazuvchanlik holatiga o`tishda temperaturaning magnit maydonga ta`siri.
Agar bunday moddadan berk zanjir yasab, unda tok hosil qilinsa , u holda tok zanjirda istagancha uzoq vaqt sirkulyatsiya qilishi mumkin. Chunki tok tashuvchilar o`z energiyasini o`tkazgichni qizdirish uchun sarflamaydi.Absolyut nolga yaqin temperaturalarda bir qator metall va qotishmalarning elektr qarshiliklari birdaniga sakrab nolga yalanadi, ya`ni modda o`ta o`tkazuvchanlik holatiga o`tadi. O`ta o`tkazuvchanlik xususiyatiga ega bo`lgan metallarning tashqi magnit matdonga joylashtiraylik va temperaturani pasaytirib boraylik. Kritik temperaturadan yuqori (T T ) temperaturalarda metalldagi magnit maydon noldan farqli, (T T ) da esa metalldagi magnit maydon induksiyasi nolga teng (B=0) bo`ladi. (6-rasm)
a) rasm b) rasm
T T T T
6-rasm Tk temperaturadan yuqori va past temperaturalarda B ning ko’rinishi’
Boshqacha aytganda, metal o`ta o`tkazuvchanlik holatga o`tganda magnit iduksiya chiziqlarini o`zidan itarib chiqaradi. O`ta o`tkazgichdan qilingan biror jismni biz avval sovitib, o`ta o`tkazuvchan holatga keltirib, so`ngra induksiyasi (jism kiritilmaganda) B = H ga teng bo`lgan tashqi magnit maydonga kiritdik deylik. Magnit maydon ulanganda o`ta o`tkazgichda qo`shimcha B = induksiya hosil qiluvchi induksion toklar paydo bo`ladi, bu qo`shimcha induksiya Lens qonuniga muvofiq B tashqi induksiyani kompensatsiyalaydi. Odatdagi o`tkazgichda induksion toklar darhol so`nadi va faqat magnitlovchi g`altak yuzaga keltirilgan oqimgina qoladi. O`ta o`tkazgich bo`lgan holda esa kompensatsiyalovchi toklar mutloqo so`nmaydi va shuning uchun jism ichida natijaviy induksiya hamma vaqt B=B +B =0 bo`ladi. Tashqi fazoda natijaviy induksiya chiziqlari 6-b rasmda ko`rsatilgandek bo`ladi: ularni jism o`zidan itaradi va ularn jismni aylanib o`tadi.O`ta o`tkazuvchan holatning bu xossasi faqat elektr qarshilikning yo`qolishi bilangina bog`liq emas. Shunday o`tkazgichni ko`z oldimizga keltiraylikki, uning normal metallardan yagona farqi qarshilikning nolga tengligi bo`lsin. So`ngra, dastlab tashqi magnit maydon hosil qilamiz va keyingina o`tkazgichni uning qarshiligi yo`qolguncha sovitamiz. Bunda tashqi maydon o`zgarmaydi, shuning uchun induksion toklar paydo bo`lmaydi, binobarin, qarshilik yo`qolgandan keyin ham o`tkazgich ichida magnit oqimi saqlanishi kerak. O`ta o`tkazgichlarda bu holda ham magnit oqimiyo`qoladi.Magnit induksiyaning nolga tengligi o`ta o`tkazuvchanlik holatining o`ziga xos alomatidir. Metallning o`ta o`tkazgich holatiga o`tishi uning o`tkazuvchanlik zonasidagi elektron harakati bilan boshqa xossalari ham o`zgaradi. Jumladan, metallning issiqlik o`tkazuvchanligi, elektron issiqlik sig`imi, termoelektr yurituvchi kuch va magnit rezonans effektlarida keskin o`zgarish yuz beradi. Ushbu o`zgarishlar metallning o`ta o`tkazgich holati uning elektron strukturasini sifat jihatdan o`zgarishi bilan yuz berishini ko`rsatadi. Ayni holda, metallning holat o`zgarishini past temperaturalarda yuz berishi normal va o`ta o`tkazgich holatlarini bir-biridan energiya va entropiya jihatdan keskin farq qilmasligidan darak beradi. Bu xil holat o`zgarishlari ikkinchi tur faza o`tishlariga kiradi.
O`ta o`tkazuvchanlik nazariyasi 1957-yilda Bardin, Kuper va Shrifferlar tomonidan ishlab chiqilgan (B.K.Sh nazarioyasi) va H.H. Bogolyubov takomillashtirgan. Mazkur nazariyaga binoan metalldagi elektronlar bir-biridan kulon kuchlri bilan o`zaro itarishishdan tashqari, ular tortishishning maxsus turi bilan bir-birlariga tortishadilar ham. O`zaro tortishish va itarishishdan ustun bo`lganda o`ta o`tkazuvchanlik hodisasi sodir bo`ladi. O`zaro tortishish natijasida o`tkazuvchanlik elektronlari birlashib kuper juftlarini hosil qiladilar. Bunday juftlikka kirgan elektronlar qarama-qarshi yo`nalgan spinga ega bo`ladilar. Shuning uvhun juftliklarning spini nolga teng va ular bozonga aylanadilar. Bezonlar asosiy energetik holatda to`planishga moyil 9bo`ladilar va ularni uyg`ongan holatga o`tkazish nisbatan qiyin. Agar kuper juftlar muvofiqlashgan harakatga keltirilsa shu holatda ular cheksiz uzoq vaqt qolishlari mumkin. Bunday juftlarning muvofiqlashgan harakati o`ta o`tkazuvchanlik tokini hosil qiladi.Elektronlarning o`zaro tortishishi elektronlar va kristall panjara issiqlik tebranishlari (kristall panjaraning uyg`ongan holatlari kvazizarralar- fononlar yordamida tavsiflanishi) orasidagi o`zaro ta`sirlashish tufayli vujudga keladi. Bu ta`sirlashishda Fermi sathiga yaqin joylashgan sathlardagi elektronlar fononlarni chiqarishi (nurlantirishi) va yutishi mumkin. Mazkur jarayonni elektronlarning fononlar almashinishi (ya`ni birinchi elektron fonon chiqaradi, ikkinchisi esa bu fononni yutadi yoki aksincha) tarzda tasavvur etish mumkin. Bunday fonon almashinuv elektronlar orasidagi o`zaro ta`sirni vujudga keltirishi B.K.Sh nazariyasiga asoslanadi. O`ta o`tkazuvchanlik xususiyatiga ega bo`lgan moddalarda past temperaturalarda elektronlar orasidaga o`zaro tortishish kuchi kulon itarishish kuchidan katta bo`lib qoladi. Natijada qarama-qarshi yo`nalgan spinli va impulsli ikki elektron “juft” bo`lib bog`lanib qoladi. Bunday juft elektronlarni bir-biriga yopishib qolgan ikki elktron tarzida tasavvar etish no`to`g`ri. Aksincha, juft elektronlar orasidagi masofa 10 m bo`lib, u kristall panjara doimiysi 10 m dan taxminan 10 marta katta. Binobarin, o`ta o`tkazgichlarda tabiatda kam uchraydigan uzoqdan bog`lanish sodir bo`ladi. Juft elektronlarning spini nolga teng, ya`ni ular bozonlardir. O`ta o`tkazuvchanlik nazariyasida qayd qilinganidek, bozonlar yetarlicha past temperaturalarda o`ta oquvchan holatda bo`la oladi, ya`ni ichki ishqalanishsiz oqadi. Demak, o`ta oquvchanlik boze-gaz (juft elektronlar) ning o`ta oquvchanligi deb tushunish mumkin. O`ta o`tkazuvchan moddada juft elektronlardan tashqari oddiy elektronlar ham mavjud. Shuning uchun o`ta o`tkazgichda ikki xil suyuqlik oddiy va o`ta oquvchan komponentlar mavjud, deya olamiz. O`ta o`tkazgich temperaturasi 0 K dan boshlab ortib borayotganda issiqlik harakat juft elektronlarni uzib yubora boshlaydi. Kritik temperatura T da esa juft elektronlar mutloqo yo`qoladi.Shuning uchun T dan yuqori temperaturalarda moddaning o`ta o`tkazuvchanlik xususiyati yo`qoladi. Aytilgan gaplarni yanada boshqacharoq tushuntiradigan bo`lsak, T dan past temperaturalarda metallda harakatlanayotgan elektronlar, musbat ionlardan tashkil topgan metallning kristall panjarasini deformatsiyalaydi, ya`ni qutblaydi. Deformatsiya natijasida elektronlar, panjara bo`ylab elektron bilan kuchanadigan, musbat zaryadli bulut bilan chor atrofidan o`ralib qoladi. Elektronlar va uni o`rab olgan bulut boshqa elektronlarni o`ziga tortadigan, musbat zaryadlangan sistemaga aylanadi. Shunday qilib kristall panjara, elektronlar orasida tortishishni yuzaga keltiruvchi, oraliq muhit vazifasi o`tayda.Kvant mexanikasi tili bilan aytganda bu hodisa elektronlar orasida fonon bilan almashishning natijasidir. Metallda harakatlanayotgan elektron panjaraning tebranish tartibini o`zgartirib fonon hosil qiladi (uyg`otadi). Panjaraning uyg`onish energiyasi boshqa elektronga uzatiladi, bu esa o`z navbatida fononni yutadi. Bu tarzdagi fonon almashish oqibatida elektronlar orasida, tortishish xarakteriga ega bo`lgan qo`shimcha o`zaro ta`sirlashish paydo bo`ladi. Past temperaturalarda o`ta o`tkazgich moddalarda bu tortishish kulon tortishishdan ustun bo`ladi. Fonon almashish bilan bog`liq bo`lgan o`zaro ta`sirlashuvlar, impuls va spinlari qarama-qarshi bo`lgan elektronlar orasida kuchliroq namoyon bo`ladi. Natijada bunday ikkita elektron kuper juftliklarga birlashadi. Hamma o`tkazuvchanlik elektronlari kuper juftliklarni hosil qilishmaydi. Temperatura absolyut noldan farqli bo`lganda juftliklarning buzilishining ma`lum ehtimolligi mavjud. Shuning uchun har doim juftliklar bilan bir qatorda kristall bo`ylab oddiy tarzda harakatlanadigan “normal” elektronlar bo`ladi. Tempuratura T ga yaqinlashgan sari normal elektronlarning hissasi ortib boradi va T da birga teng bo`ladi. Demak, T dan yuqori temperaturalarda o`ta o`tkazuvchanlik holati bo`lishi mumkin emas.
O`tkazuvchanlik energetik zonasida siljiy oladigan tirqishga ega metal uchun elektron o`tkazuvchanlikni cheklovchi sochilish jarayonining yuz bermasligi kelib chiqadi. Natijada, metallda tashqi elektr maydon E ta`sirida impulsli elektronlar holati so`nmaydigan tok vujudga keladi. O`ta o`tkazgichning tashqi elektr maydon bo`lmagandagi asosiy holati qarama-qarshi spinli va impulsli (ya`ni umumiy impulse nolga teng) elektron juftlari bilan xarakterlansa, tashqi maydon ta`sirida ushbu qarama-qarshi impulslar bir-biridan farq qiladi va natijaviy impulsni vujudga keltiradi.
|
| |
