Bài tập lớn môn Vật lý lượng tử 2 Tìm hiểu về hiện tượng siêu dẫn nhiệt độ cao

Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Đ ề tài “ Hiện tƣợng siêu dẫn nhiệt độ cao đƣợc nhóm chúng em tìm hiểu với mong muốn đƣợc nâng cao hiểu biết tƣợng siêu dẫn nhiệt độ cao, nhanh chóng tiếp cận với kiến thức ứng dụng lạ tƣợng khoa học đời sống Trong tiểu luận này, chúng em có trình bày khái niệm có liên quan đến tƣợng siêu dẫn, vài nét lịch sử tƣợng siêu dẫn nhiệt độ cao, số tính chẩt vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao, cấu trúc tính chất số hợp chất siêu dẫn nhiệt độ cao chứa đồng oxy điển hình cuối ứng dụng siêu dẫn nhiệt độ cao Qua tài liệu giúp bạn có nhìn tổng quát, cụ thể tƣợng nhƣ biết thêm đƣợc điều lạ, thú vị việc ứng dụng vào công nghệ đại ngày Hy vọng tài liệu tƣ liệu bổ ích giúp cho bạn sinh viên có mong muốn tìm hiểu thêm tƣợng siêu dẫn nhiệt độ cao - vấn đề nhiều điều kỳ bí Do thời gian thực đề tài khơng nhiều kiến thức có cịn hạn chế nhóm nên đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy bạn để đề tài đƣợc phong phú hoàn thiện Sinh viên thực nhóm lớp C14VL01 Nguyễn Thị Luyến Nguyễn Thị Tuyết Lan Bình Dương, Ngày 30 tháng 10 năm 2016 Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] PHẦN LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Thế kỷ 21 kỷ mà khoa học kỹ thuật phát triển vƣợt bậc nhờ kế thừa phát huy phát vĩ đại hệ trƣớc Trong số ngành khoa học công nghệ đại cơng nghệ vật liệu kỹ thuật chiếm vị trí vơ quan trọng Khoa học phát triển, yêu cầu thiết bị cao đòi hỏi nguyên vật liệu phải thỏa mãn tiêu chuẩn tối ƣu Vì thế, nhà vật lý cố gắng tìm kiếm vật liệu kỹ thuật cải tiến vật liệu kỹ thuật có để đáp ứng ngày tốt yêu cầu văn minh đƣơng đại Vật lý siêu dẫn vấn đề thời đầy hấp dẫn nhà khoa học - đỉnh cao vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao Vật lý siêu dẫn nhiệt độ cao đƣợc phát cách 25 năm mở triển vọng lớn việc nghiên cứu, ứng dụng chất siêu dẫn Nó đánh dấu bƣớc tiến quan trọng trình tìm kiếm nhà vật lý cơng nghệ lĩnh vực siêu dẫn Một nhà nghiên cứu siêu dẫn phát biểu: “Siêu dẫn mở kỷ nguyên giống Laser bóng bán dẫn, sản sinh tồn cơng nghiệp chí khâu nhiều ngành công nghiệp đại giới” Ngày nay, nhiều ý kiến cho tác động công nghệ siêu dẫn nhiệt độ cao vƣợt xa công nghệ bán dẫn Laser Với hai đặc trƣng: khơng có mát lƣợng trình tải điện khả đẩy từ trƣờng chất siêu dẫn, vật liệu siêu dẫn đƣợc đƣa vào ứng dụng ngành khoa học công nghệ nhƣ: y học, kỹ thuật điện - điện tử, cơng nghiệp quốc phịng, giao thông vận tải, đời sống sản xuất,… Xuất phát từ tiềm phát triển nhiều ứng dụng thực tế việc sử dụng vật liệu siêu dẫn, định chọn đề tài: “Hiện tượng siêu dẫn nhiệt độ cao” làm đề tài tìm hiểu nhóm Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] PHẦN 2: NỘI DUNG CHƢƠNG 1: SIÊU DẪN NHIỆT ĐỘ CAO VÀ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA SIÊU DẪN NHIỆT ĐỘ CAO 1.1 Hiện tƣợng siêu dẫn Năm 1911, Kamerlingh Onnes khảo sát điện trở kim loại khác vùng nhiệt độ Heli Khi nghiên cứu điện trở thủy ngân (Hg) phụ thuộc nhiệt độ, ông quan sát đƣợc rằng: điện trở Hg trạng thái rắn (trƣớc điểm nóng chảy cỡ 234K (-390C) 39,7 Ω Trong trạng thái lỏng 00C (cỡ 273 K) có giá trị 172,7Ω, gần 4K có giá trị 8.10-2 Ω T ~ 3K có giá nhỏ 3.10-6 Ω Nhƣ coi nhiệt độ T < 4,0 K, điện trở Hg biến (hoặc xắp xỉ không) 1.1.1 Khái niệm tƣợng siêu dẫn Siêu dẫn trạng thái vật lý phụ thuộc vào nhiệt độ tới hạn mà cho phép dịng điện chạy qua trạng thái khơng có điện trở đặt siêu dẫn vào từ trƣờng từ trƣờng bị đẩy khỏi Hiện tƣợng siêu dẫn tƣợng mà điện trở chất đột ngột giảm nhiệt độ xác định 1.1.2 Nhiệt độ tới hạn độ rộng chuyển pha Nhiệt độ mà điện trở hồn tồn biến đƣợc gọi nhiệt độ tới hạn nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn (ký hiệu TC) Có thể hiểu nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn nhiệt độ mà chất chuyển từ trạng thái thƣờng sang trạng thái siêu dẫn Khoảng nhiệt độ từ điện trở bắt đầu suy giảm đột ngột đến không đƣợc gọi độ rộng chuyển pha siêu dẫn (ký hiệu ∆T) Ví dụ độ rộng chuyển pha Hg ∆T = 5.10-2 K Độ rộng chuyển pha ∆T phụ thuộc vào chất vật liệu siêu dẫn 1.1.3 Điện trở không Về nguyên tắc, dƣới nhiệt độ chuyển pha, điện trở chất siêu dẫn xem nhƣ hoàn toàn biến Vậy thực chất: trạng thái siêu dẫn, điện trở thực trở thành khơng có giá trị nhỏ? Tất nhiên, chứng minh đƣợc thực nghiệm điện trở thực tế 0; điện trở nhiều chất trạng thái siêu dẫn nhỏ độ nhạy mà thiết bị đo cho phép ghi nhận đƣợc Trong trƣờng hợp nhạy hơn, cho dòng điện chạy xung quanh xuyến siêu dẫn khép kín, nhận thấy dịng điện hầu nhƣ không suy giảm sau thời gian dài Giả thiết tự cảm Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] xuyến L, thời điểm t = ta bắt đầu cho dòng I(0) chạy vòng quanh xuyến, thời gian muộn t ≠ 0, cƣờng độ dòng điện chạy qua xuyến tuân theo công thức: Ở R điện trở xuyến Chúng ta đo từ trƣờng tạo dịng điện bao quanh xuyến Phép đo từ trƣờng không lấy lƣợng từ mạch điện mà cho ta khả quan sát dịng điện ln chuyển khơng thay đổi theo thời gian xác định đƣợc điện trở kim loại siêu dẫn cỡ < 1026 Ωm Giá trị thỏa mãn kết luận điện trở kim loại siêu dẫn 1.2 Sơ lƣợc tiến trình phát chất siêu dẫn nhiệt độ cao Mốc lịch sử đáng ý năm 1974, vật liệu gốm siêu dẫn đƣợc phát với hợp chất BaPb1-xBixO3 (x = 0,25) có TC cực đại cỡ 13K Mặc dù chuyển pha hợp chất không cao nhƣng mở hƣớng là: tìm kiếm vật liệu siêu dẫn hợp chất gốm, kim loại nguyên chất hợp kim Với nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn TC khơng vƣợt q 24K (Bảng 1.1), nói vịng 75 năm (1911 – 1985) chất lỏng Heli môi trƣờng nhât dùng để nghiên cứu vật liệu siêu dẫn Việc tồn tính siêu dẫn vùng nhiệt độ Heli hạn chế lớn việc nghiên cứu ứng dụng nhiều phịng thí nghiệm giới, vấn đề tạo Heli lỏng trình phức tạp tốn Để khắc phục điều đó, tìm tịi chủ yếu nhà khoa học đƣợc tập trung vào vấn đề tạo đƣơc chất siêu dẫn có nhiệt độ chuyển pha cao Ngày 27 tháng 01 năm 1986, hai nhà vật lý K.A.Muller J.G.Bedorz làm việc phịng thí nghiệm hãng IBM Zurich (Thụy Sĩ) công bố tạp chí “Zeitschrift Fur Physik” Đức: Hợp chất gốm Ba0.75La4.25Cu5O4(3-y) có điện trở giảm mạnh vùng 30 – 35K trở không 2K Phát minh làm chấn động dƣ luận toàn giới mở chân trời đầy hi vọng, có sức hấp dẫn lơi đa số nhà vật lý tồn giới.Nó nhƣ phát súng đại bác mở đầu công mạnh mẽ vào lĩnh vực khoa học hoàn toàn mới: “Lĩnh vực siêu dẫn nhiệt độ cao” Ngay sau bùng nổ thông tin nghiên cứu siêu dẫn nhiệt độ cao tồn cầu Các phịng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu nhiều nƣớc chạy đua công bố kết siêu dẫn nhiệt độ cao Những vật liệu siêu dẫn không ngừng đƣợc phát nhiệt độ chuyển pha TC ngày đƣợc nâng cao cách đáng kể Tiếp sau phát minh Bednorz Mulller, năm 1986 nhóm TOKYO xác định đƣợc (La0.85Ba0.15)2CuO4-  có cấu trúc Perovskite loại K2NiF4 TC cỡ 30K Nhóm Houston nghiêm cứu hiệu ứng áp suất cao hợp chất gốm Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] tìm thấy TC tăng cỡ 1K/kbar, đồng thời xác định đƣợc nhiệt độ bắt đầu chuyển pha cỡ 57K áp suất 12kbar Sau kết nhóm Houston – Alabama thay lƣợng nhỏ Ba Sr xác định đƣợc nhiệt độ bắt đầu chuyển pha siêu dẫn TC  42,5K hợp chất (La0.9Sr0.1)Cu4-  áp suất thƣờng Nhiều thí nghiệm khác nghiêm cứu siêu dẫn nhiệt độ cao giới nhƣ A&T.Bell, Beijing, Belcore, Argone Naval Research Laboratory khẳng định kết đƣợc công bố Cho đến năm 1991, số nhà khoa học tìm siêu dẫn cịn có hợp chất hữu KxC60 với nhiệt độ chuyển pha lên đến 28K Một phát quan trọng vào năm nhà khoa học AT&T tìm thấy siêu dẫn hữu chất C60Rb3 có nhiệt độ TC cỡ 30K Kết ngạc nhiên lớn cho nhà khoa học, khơng ngạc nhiên siêu dẫn thực tồn chất hữu mà chế siêu dẫn nhiệt độ cao gây lớp Cu-O vật liệu trở nên khơng cịn ý nghĩa Phải chăng, hƣớng chế siêu dẫn nhiệt độ cao cần đƣợc hình thành để giải thích cho tồn siêu dẫn hợp chất đƣợc gọi “Fullerence” Một phát đáng quan tâm ngày 20/01/1994 nhóm tác giả R.J.Cava cơng bố tìm thấy siêu dẫn hợp chất Intermetallic - LnNi2B2C (Ln=Y, Tm, Er, Ho, Lu) có nhiệt độ TC = 13 – 17K Mặc dù TC hợp chất không cao nhƣng phát minh quan trọng mở đƣờng tìm kiếm vật liệu siêu dẫn hợp kim liên kim loại (Intermetallic) vật liệu từ - vấn đề mà từ trƣớc đến ngƣời ta cho khơng có khả tồ siêu dẫn Nhiệt độ chuyển pha số chất siêu dẫn theo thời gian Cho đến năm 2001 có nhiều hợp chất siêu dẫn đƣợc phát Tuy nhiên, có hệ thống ta tạm xếp loại siêu dẫn điển hình theo bảng sau Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Bảng 1.1: Phân loại chất siêu dẫn Chất siêu dẫn tiêu Loại siêu dẫn biểu Hg Nb Siêu dẫn kim Nb3Sn loại hợp kim Oxit siêu dẫn chứa Cu O Siêu dẫn không chứa Cu Siêu dẫn hữu Siêu dẫn không chứa Cu O Nhiệt độ chuyển pha [K] 4,2 9,3 18,1 Năm phát 1911 1930 1954 Nb3Ge La-Sr-Cu-O Y(Re)-Ba-Ca-Cu-O Bi-Sr-Ca-Cu-O Tl-Ba-Ca-Cu-O Hg-Ba-Ca-Cu-O Y(Re)-Ba-Ca-Cu-O Ba-K-Bi-O 23,7 1973 20-30 85-95 115-120 120-125 90-164 85-95 20-30 1986 1987 1988 1988 1993 1987 1988 KxC60 30 1991 Ln(Re)-Ni-B-C Y-Pd-B-C 17 23 1994 1994 Đồng thời với nhiều chất siêu dẫn đƣợc phát hiện, nhiệt độ chuyển pha chúng không ngừng đƣợc nâng cao 1.3 Một số loại siêu dẫn nhiệt độ cao điển hình 1.3.1 Vài nét oxit siêu dẫn Dấu ấn lịch sử phát siêu dẫn có oxit chất SrTiO3 Scholey, Hooler Cohen tìm thấy năm 1964 với nhiệt độ chuyển pha 19 TC  0, 25K hạt điện tử n = 3.10 /cm Hiện tƣợng không nằm khuôn khổ lý thuyết BCS Mƣời bảy năm sau ngƣời ta pha tạp Nb vào SrTiO3 nâng đƣợc nồng độ điện tử lên n = 1021/cm3 nhiệt độ chuyển pha TC  1,3K Chín tháng sau, nhóm Matthias tìm thấy siêu dẫn NaxWO3 với x = 3; n = 1022/cm3 TC  0,57 K Nhƣ vậy, tƣợng siêu dẫn xuất nhiều loại oxit khác với nồng độ electron đủ lớn Năm 1965, tƣợng siêu dẫn đƣợc tìm thấy TiO NbO với nhiệt độ chuyển pha tƣơng ứng 0,65K 1,25K Năm 1973, Johnston đồng nghiệp tìm siêu dẫn có LiTi2O4 với TC = 11K Năm 1975, Sleight đồng nghiệp tìm siêu dẫn có BaPb1Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ôn tập xBixO3 [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Với x = 0,25 nồng độ hạt tải n = 2,4.1021/cm3 TC  11, 2K Sau đó, ngƣời ta thay K+1 vào Ba+2 chất cách điện BaBiO tìm thấy TC  30K hợp chất Ba-K-Bi-O Từ năm 1986 trở trƣớc, ngƣời ta tìm đƣợc siêu dẫn tồn nhiều oxit kim loại nhƣng hợp chất chứa oxit đồng 1.3.2 Một số loại siêu dẫn chứa oxit đồng Năm 1956, lý thuyết BCS đời với giá trị TC đƣợc tính theo ơng thức TC  1,11 D exp 1 Với  D nhiệt độ Debye, N ( EF ) mật độ trạng thái mặt N ( EF )V Fermi, V tƣơng tác electron – proton Trong trình nghiên cứu, ngƣời ta nhận thấy ba thông số không độc lập với Nếu làm tăng hay nhiều ba thông số  D , N ( EF ) V hệ thức TC tìm kiếm vật liệu siêu dẫn có TC cao, hệ vật liệu bất thƣờng nhƣ hệ vật liệu chứa oxit vùng biên kim loại điện môi Ý tƣởng đƣợc hai nhà khoa học K.A.Muller G.Bednorz công ty IBM (Thụy Sĩ) triển khai Tháng năm 1986, K.A.Muller G.Bednorz tìm chất siêu dẫn nhiệt độ cao chứa oxit Cu La2-xBaXCuO4 với nhiệt độ chuyển pha TC  35K Tháng năm 1987, Bednorz muller nhận giải thƣởng Nobel phát minh siêu dẫn nhiệt độ cao Ngƣời ta cho chất siêu dẫn nhiệt độ cao, tƣơng tác mạnh electron – proton xuất oxit phân cực giống nhƣ trạng thái hóa trị hỗn hợp dẫn đến phá vỡ lý thuyết BCS Ngƣời ta tìm thấy hợp chất siêu dẫn chứa oxit đồng phù hợp với giả định trên, Cu có hóa trị hỗn hợp Cu 2 Cu 3 Cu 3 Cu 2 Ngày 12 tháng 01 năm 1987, nhóm nghiên cứu C.W.Chu lần tạo siêu dẫn có TC  90K hợp chất YBa2Cu3O7-  Các nghiên cứu cho thấy cấu trúc pha siêu dẫn hợp chất khác hẳn cấu trúc (La-214) Tháng năm 1987, ngƣời ta thay La Y (khơng từ tính) phát hợp chất siêu dẫn YBa2Cu3O7-  (gọi Y-123) có nhiệt độ chuyển pha TC > 90K Ngay sau cấu trúc pha siêu dẫn Y-123 đƣợc xác định phịng thí nghiệm Geophysical Laboratory cấu trúc lớp với xếp trật tự cách tuần hoàn (Y-BaO-CuO-Cu2-BaO) với hai lớp CuO2 đƣợc ngăn chuỗi tuyến tính CuO l mạng Tiếp theo hàng loạt hợp chất đƣợc nghiên cứu thay Y = La, Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Nb, Sm, Eu, Gd, Ho, Xe Lu (các nguyên tố thuộc dãy đât hiếm), thay không cho thấy thay đổi TC Tại thời điểm này, số nhà nghiên cứu khác giới độc lập tìm siêu dẫn R-123 có TC > 90K (nhóm Muller – Thụy Sĩ, nhóm Tanaka – Nhật, nhóm Paul Chu – Mỹ - Zhong-Xian-Zhao-Bắc Kinh) 1.3.3 Một số loại siêu dẫn nhiệt độ cao chứa Cu Oxy Từ năm 1988 đến nay, hàng loạt oxit siêu dẫn chứa Cu đƣợc phát Ngoài La(R)-214 Y(R)-123 cịn có họ hợp chất siêu dẫn nhiệt độ cao điển hình sau đây: BiSr2Can-1CunO2n+4 (gọi tắt Bi-22(n-1)n với n=1,2,3,…) Tl2Ba2Can-1CunO2n+4 (gọi tắt Tl-22(n-1)n với n=1,2,3,…) HgBa2Can-1CunO2n+4 (gọi tắt Hg-12(n-1)n với n=1,2,3,…) CuBa2Can-1CunO2n+4 (gọi tắt Cu-12(n-1)n với n=1,2,3,…) A1-xBaxCuO2 (A loại đất hiếm, B kim loại kiềm valency) Các vật siêu dẫn có nhiệt độ chuyển pha vƣợt 120K cấu trúc chúng đặc biệt ♦ Hệ Bi-22(n-1)n: (Vật liệu Maeda đồng nghiệp phát vào tháng năm 1988) - Điển hình là: Bi-Sr-Ca-Cu-O (gọi tắt BSCCO system) - Đây loại vật liệu đa pha mà TC  105K Cấu trúc tinh thể gồm ba pha ứng với n = 1, 2, đƣợc xác định cấu trúc lớp theo trật tự đặt: BiO 2-SrO-CuO2-(Ca)CuO2-…-(Ca)-CuO2-SrO, với n lớp CuO2 đƣợc ngăn (n-1) lớp Ca Ứng với lớp n = 1,2 TC có giá trị cỡ 22K, 80K 110K, có tăng nhiệt độ chuyển pha theo thứ tự tăng số lớp n ♦ Hệ Tl-22(n-1)n: (Do Shung Herman công bố vào năm 1987) Khi thay nguyên tố phi kim, từ hóa trị (Tl) cho (R)-123(TlBa2Cu3Ox) nhận thấy nhiệt độ chuyển pha hợp chất tăng lên xấp xỉ 90K Tháng năm 1988, Shung Herman thay phần Ca Ba đƣợc hợp chất Tl-Ba-Ca-Cu-O hay (TBCCO), hợp chất có cấu trúc giống nhƣ siêu dẫn BI-2223 với hau lớp kép (TlO2) có TC = 90K, 110K có 125K n = 1,2,3 ♦ Hệ Hg-12(n-1)n: Năm 1991, ngƣời ta thay Hg cho Cu Sau đó, Putilin đồng nghiệp tạo hợp chất HgBa2CuO4 (n=1) với TC = 94K Schiling đồng nghiệp thay n = 2,3 Hg-12(n-1)n làm tăng TC = 133K – 134K áp suất cao 16Gpa 164K 30Gpa Cấu trúc đƣợc đặt: HgO-BaO-CuO2-(Ca)-CuO2-…-(Ca)-CuO2-BO Với n lớp CuO2 đƣợc ngăn cách (n-1) lớp Ca, cấu trúc giống với cấu trúc TlBa2Can1CunO2n Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] ♦ Hệ CuBaCan1O2n2 : Công thức chung: Am X 2Can1CunO2nm2 với m = 2, X = Ba Sr, n = 1,2,3 tăng theo thay đổi A bảng hệ thống tuần hồn Từ nhó VB (Bi), nhóm IIIB(Tl) đến nhóm IIB (Hg) bảng hệt thống tuần hồn, có khả làm tăng TC cách thay đổi A liên tiếp đến nhóm IB nhƣ Au Ag TC đạt đƣợc 124K hệ 1.4 Một số đặc tính chung vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao 1.4.1 Các phép đo thông thƣờng để nghiên cứu số tính chất siêu dẫn nhiệt độ cao Thơng thƣờng để nghiên cứu số tính chất siêu dẫn nhiệt độ cao ngƣời ta thƣờng dùng phép đo sau: + Nghiên cứu tính chất nhiệt: Đo độ dẫn nhiệt, nhiệt dung, suất điện động nhiệt điện + Nghiên cứu tính chất điện: Đo điện trở, mật độ dịng tới hạn… + Nghiên cứu tính chất nhiệt động: Đo từ trƣờng tới hạn nhiệt động HC (T), tăng giảm entropy… + Nghiên cứu chất từ: Đo hệ số tự hóa, đƣờng cong từ trễ, từ trƣờng tới hạn dƣới (HC1), từ trƣờng tới hạn (HC2), dị hƣớng từ… Các phép đo phục vụ cho mục đích chung là: + Nghiên cứu tính chất chuyển vật liệu Ngồi ra, số phép đo quan trọng khác đƣợc thực nhƣ phép đo: hiệu ứng Hall, chuyển pha từ, chuyển pha cấu trúc… + Phân tích mẫu ghiên cứu cấu trúc: Phân tích nhiệt, nhiễu xạ tia X, Nhiễu xạ neutron, kính hiển vi điện tử quét,… đo hấp thụ sóng quang học vật liệu siêu dẫn +Các hiệu ứng: Hiệu ứng xuyên ngâm, hiệu ứng Ramann, hiệu ứng Meissner, hiệu ứng Isotop, hiệu ứng Joshepson… đƣợc kết hợp nghiên cứu không thực nghiệm mà lĩnh vực lý thuyết phát triển mạnh 1.4.2 Đặc tính chung siêu dẫn nhiệt độ cao trạng thái thƣờng Thơng thƣờng, vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao có cấu trúc tinh thể cấu trúc lớp (loại Perovskite) khơng đẳng hƣớng Các vật liệu có cấu hình hai chiều mặt CuO2 chuỗi Cu-O Ở trạng thái thƣờng, hầu hết hợp chất gốm siêu dẫn T < TC hợp chất khác TC phụ thuộc mạnh vào quy trình cơng nghệ, điều kiện xử lý nhiệt môi trƣờng tạo mẫu Nồng độ hạt tải vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao thƣờng nhỏ kim loại điển hình từ đến hai bậc liên quan đến dị thƣờng trạng thái siêu dẫn Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Độ dẫn nhiệt vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao chứa oxit đồng đặc trƣng  proton  e Dòng nhiệt truyền chủ yếu mạng kim loại e   proton , dòng nhiệt truyền chủ yếu điện tử dẫn Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 10 Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] CHƢƠNG 3: MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU SIÊU DẪN NHIỆT ĐỘ CAO Nhƣ ta biết, trạng thái siêu dẫn vật liệu tồn vùng nhiệt độ dƣới nhiệt độ tới hạn TC, từ trƣờng nhỏ từ trƣờng tới hạn HC dòng điện nhỏ dòng tới hạn IC Với điều kiện trên, điện trở vật liệu siêu dẫn ln Ngồi ra, đặt chất siêu dẫn loại I vào từ trƣờng ngoài, từ trƣờng bị đẩy khỏi chất siêu dẫn Và đó, từ trƣờng chất siêu dẫn (Bin = 0) Đối với chất siêu dẫn loại II (đa số hợp chất chất siêu dẫn nhiệt độ cao) có hai từ trƣờng tới hạn Tại H0 < , từ trƣờng hoàn toàn bị đẩy khỏi chất siêu dẫn Trong đó, từ trƣờng thấm vào chất siêu dẫn < Ho < (trạng thái trung gian) Tuy nhiên điện trở suất chất siêu dẫn Các ứng dụng siêu dẫn dựa đặc trƣng quan trọng chất siêu dẫn ; Bin = tính chất lƣợng tử siêu dẫn kể ứng dụng quan trọng siêu dẫn là: - Chế tạo nam châm siêu dẫn - Truyền tải điện - Ứng dụng quan sát nội trạng ngƣời ảnh cộng hƣờng từ hạt nhân MRI - Tạo từ trƣờng để tích trữ lƣợng - Chế tạo động cơ, biến - Cầu chì giới hạn dịng - Chế tạo tàu hỏa chạy đệm từ với tốc độ cực nhanh - Các thiết bị dựa hiệu ứng Josephson với độ nhạy cực cao - Giao thoa lƣợng tử siêu dẫn (SQUID) nhiều ứng dụng khác Với ứng dụng khác nhau, cần có dịng điện có cƣờng độ tối thiểu (I < Ic) từ trƣờng cho trƣớc Theo đánh giá chuyên gia kinh tế (năm 2002) phạm vi ứng dụng siêu dẫn thống kê lĩnh vực nhƣ sau: - Lĩnh vực điện tử: 46% - Lĩnh vực lƣợng: 18% - Giao thông vận tải: 9% - Y tế: 11% - Các ứng dụng khác: 16% Ngân hàng giới (WB) dự đoán giá trị thƣơng mại sản phẩm có sử dụng vật liệu siêu dẫn toàn giới lên đến 244 tỷ USD vào năm 2020 Theo tạp chí Time (năm 2000), công nghệ chế tạo nghiên cứu ứng dụng Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 19 Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] chất siêu dẫn vị trí thứ loại cơng nghệ hàng đầu kỷ XXI Để sử dụng chất siêu dẫn cần đáp ứng số yêu cầu định nêu Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 20 Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Bảng 3.1: Các thông số Jc từ trường B thiết bị tương ứng Các ứng dụng B(T) Jc(A/cm2) Các phần tử chuyển mạch 0,1 5.106 Dây dẫn dòng điện xoay chiều 0,2 105 Dây dẫn dòng điện chiều 0,2 2.104 SQUID 0,1 2.102 Motor máy phát điện 104 Cầu trì 105 Ngồi nhiệt độ làm việc chất siêu dẫn (Tlv) ứng dụng có ứng dụng có cơng suất lớn với ứng dụng điện tử Nhƣ vậy, chất siêu dẫn nhiệt độ thấp cần đƣợc ngâm Heli lỏng (4,2K), chất siêu dẫn nhiệt độ cao Nitơ lỏng (77K) nhiệt độ Hydro lỏng (20,28K) Về mặt kỹ thuật, chế tạo sử dụng vật liệu siêu dẫn cần có điều kiện phức tạp Đối với chất siêu dẫn nhiệt độ cao việc thiết kế chế tạo để ứng dụng đơn giản Tuy nhiên, chất siêu dẫn nhiệt độ cao vật liệu gốm, giòn nên ngƣời ta phải bọc bột siêu dẫn ống bạc, ép tạo dáng nung nhiệt độ thích hợp tạo thành dây tƣơng đối mềm dẻo dễ sử dụng 3.1 Sử dụng hiệu ứng điện trở không 3.1.1 Ngành công nghiệp điện 3.1.1.1 Truyền tải lượng (Electric Power Transmission) Hình 3.1: Dây siêu dẫn nhiệt độ cao Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 21 Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Hiện nay, đƣờng dây tải điện siêu dẫn nhiệt độ cao đƣợc xây dựng số nƣớc tiên tiến nhƣ Mỹ, Nhật,…Tải điện cáp siêu dẫn có lợi lớn so với đƣờng dây tải điện thơng thƣờng Lợi ích lớn khả tải dịng lớn khơng bị tổn hao lƣợng trình tải điện Thực nghiệm cho thấy: dây cáp đƣợc làm lạnh trạng thái siêu dẫn tải dịng lớn gấp ba lần dịng điện cáp đồng bình thƣờng với đƣờng kính dây hiệu điện giống Một lợi ích khơng thể có đƣợc dây tải điện bình thƣờng là, tải điện trạng thái siêu dẫn, không bị mát lƣợng điện trở dây dẫn (nhiệt Jun) Điều cho phép truyền tải lƣợng điện đến khoảng cách xa mà không tốn Cáp siêu dẫn tải lƣợng địa nhiệt, lƣợng điện Hydro lƣợng mặt trời, lƣợng lấy từ than đá lƣợng hạt nhân từ nguồn đến trung tâm dân cƣ sử dụng nơi tiêu thụ 3.1.1.2 Máy phát điện động điện siêu dẫn Máy phát điện siêu dẫn có dạng giống nhƣ turbin thơng thƣờng Sự điều khiển hoạt động máy phát điện siêu dẫn giống nhƣ turbin mặt nguyên lý Nhƣng khác motor siêu dẫn đƣợc bao bọc buồng chân khơng quay trịn Chất lỏng Nitơ đƣợc bơm vào buồng chân không lực hƣớng tâm để trì nhiệt độ motor trạng thái siêu dẫn Máy phát điện siêu dẫn chứng tỏ tính tốt, kích thƣớc nửa kích thƣớc máy phát điện thƣờng, giá thành rẻ cỡ 40% so với máy phát điện thông thƣờng 300MW; hiệu suất đƣợc nâng lên 98 - 99% Hình 3.2: Motor siêu dẫn nhiệt độ cao 3.1.1.3 Bình tích trữ lượng từ siêu dẫn (Superconducting Magnetic Energy Storage – SMES) Trong SMES, lƣợng đƣợc sinh từ từ trƣờng cuộn dây siêu dẫn lớn đƣợc chôn lịng đất Năng lƣợng đƣợc tích trữ cuộn dây siêu dẫn mạch điện hệ thống không bị tiêu hao Năng lƣợng không cần chuyển Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 22 Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] đổi từ dạng lƣợng khác vào bình chứa (Ví dụ dạng lƣợng hóa học, học nhiệt hoc v.v.) Khi cần sử dụng, lƣợng đƣợc phóng nhanh với cƣờng độ mạnh Điều làm giảm từ trƣờng giảm lƣợng tích trữ SMES có hiệu suất đến 97% Hiện nay, nghiên cứu chế tạo SMES có cơng suất vài ngàn MW đƣợc triển khai Hình 3.3: Bình tích trữ lƣợng từ siêu dẫn Ngồi ra, SMES cịn có nhiều ứng dụng khoa học quân nhƣ: lƣợng laser, súng chạy đƣờng ray bắn loại tên lửa tầm xa với tốc độ lớn Có thể sử dụng thiết bị để phóng loại máy bay phản lực, tàu vũ trụ v.v… 3.1.2 Máy gia tốc hạt (Particle Accelerators) Sử dụng nam châm siêu dẫn nhiệt độ thấp thay cho nam châm tiết kiệm đƣợc hàng triệu đô la tiền điện Nếu sử dụng vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao thay hiệu suất máy gia tốc hạt tăng đáng kể giá thành điện giá thành làm lạnh giảm Hình 3.4: Máy gia tốc hạt chất siêu dẫn nhiệt độ cao Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 23 Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] 3.1.3 Lị phản ứng nhiệt hạch từ (Magnetic fusion reactors) Để sử dụng cho thí nghiệm với lò phản ứng nấu chảy từ Các nam châm siêu dẫn giữ plasma không trung lị phản ứng Tokamak hình bánh Nam châm siêu dẫn nhiệt độ thấp sản sinh từ trƣờng lên đến 11 testla Trạng thái plasma khí gas nóng đƣợc đƣa vào bên từ trƣờng Phản ứng nóng chảy tự xuất plasma nóng lên ngƣng đọng lại Sử dụng chất siêu dẫn nhiệt độ cao làm giảm tổng lƣợng cần thiết để làm lạnh nam châm đơn giản hóa hệ thống làm lạnh 3.2 Ứng dụng hiệu ứng Meissner: Hiệu ứng nâng 3.2.1 Ơtơ điện (Electric Automobils) Ngƣời ta chế tạo motor siêu dẫn dựa sở hiệu ứng Meissner Tính chất motor siêu dẫn gây nên đẩy đƣờng từ thông Sức đẩy sử dụng để lái rotor motor điện Các motor siêu dẫn rắn có kích thƣớc cỡ 1/3 kích thƣớc motor thƣờng Sự mát dịng motor siêu dẫn ƣớc tính giảm cỡ 50% so với motor thƣờng Motor siêu dẫn có nhiều ứng dụng công nghiệp sản xuất ôtô, loại bơm, quạt, máy thổi, máy khí, máy nghiền nhiều phƣơng tiện khác Có thể sử dụng motor siêu dẫn cho ôtô điện máy kéo Điện đƣợc tích trữ bình tích trữ lƣợng từ siêu dẫn, thiết bị đƣợc lắp đặt phƣơng tiện truyền tải Các ôtô máy kéo chạy êm, hiệu suất lƣợng cao không làm ô nhiễm môi trƣờng Chất siêu dẫn nhiệt độ cao nhiệt độ phòng tƣơng lai làm tăng hiệu giá thành cho ứng dụng Hình 3.5: Ơtơ điện Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 24 Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] 3.2.2 Sự treo từ (Magnetic Levitation) Hình 3.6: Hiệu ứng treo từ (sử dụng nam châm siêu dẫn nhiệt độ cao YBCO) Kể từ có phát minh siêu dẫn có nhiều quan tâm đặc biệt dành cho ứng dụng lĩnh vực điện từ Thực ứng dụng dựa vào đặc tính trƣờng đƣợc sử dụng nhiều đa dạng ứng dụng việc giảm bớt điện trở nhiều 3.2.3 Tách chiết từ (Magnetic Separation) Hình 3.7: Bộ lọc sóng micro siêu dẫn nhiệt độ cao Tách lọc từ phƣơng pháp tách chiết thành phần tạp chất xác định khỏi hỗn hợp Do khác tính chất từ thành phần riêng tạo nên hỗn hợp, vài thành phần bị kéo có từ trƣờng đặt vào hỗn hợp Các thành phần khác hỗn hợp lại theo ý muốn Nam châm siêu dẫn nhiệt độ Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 25 Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] cao có nhiều khả ứng dụng cho công nghệ nhƣ: tách chiết sunfurơ từ than đá, tách chiết tạp chất từ khoáng vật tách chiết mảnh kim loại lịng đất, thiên thạch v.v…Có thể sử dụng phƣơng pháp tách từ cho tái chế làm nƣớc thải, hóa chất tách lọc khí đốt Phƣơng pháp cho giá thành rẻ, kích thƣớc thiết bị nhỏ từ trƣờng chất siêu dẫn cao làm cho có khả hút đẩy tạp chất mạnh sử dụng 3.2.4 Các giá đỡ từ Các giá đỡ từ siêu dẫn thƣờng sử dụng vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao hoạt động nhiệt độ 77K Cơ cấu chuyển động không ma sát đƣợc nâng từ giá siêu dẫn dựa hiệu ứng Meissner Ví dụ hiệu ứng nâng từ rotor nặng 2,4kg quay giá đỡ từ làm vật liệu YBCO với vận tốc 30000 vòng/phút 3.2.5 Các chắn từ Các vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao đƣợc ứng dụng làm chắn từ Tuy nhiên để hoạt động nhiệt độ cao (77K) từ trƣờng tới hạn che chắn vài trăm Oe 3.3 Ứng dụng hiệu ứng lƣợng tử: Điện tử học siêu dẫn 3.3.1 Cảm biến đo từ thơng ba chiều (Three Dimensinal Flux Sensors) Hình 3.8: Thiết bị giao thoa lƣợng tử siêu dẫn (SQUID) Một lĩnh vực ứng dụng quan trọng khác chất siêu dẫn có từ thời kỳ “nhiệt độ thấp” dụng cụ đo xác Đặc biệt sở khám phá B.Josephson năm 1962 hiệu ứng mang tên ơng (dịng siêu dẫn “chui qua” lớp điện mơi mỏng để phát sóng điện từ) Trong từ kế phổ thông, ngƣời ta sử dụng cuộn dây thu tín hiệu đối xứng nhau, gọi cặp cuộn dây pick-up (pick- up coil) - hệ cuộn dây đối xứng nhau, ngƣợc chiều lõi vật liệu từ mềm Để tăng độ nhạy cho từ kế, ngƣời ta thay cuộn dây thu tín hiệu thiết bị giao thoa kế lƣợng tử siêu dẫn (superconducting quantum interference device - SQUID), Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 26 Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] lớp tiếp xúc chui hầm Josephson đo lƣợng tử từ thơng Do đó, độ nhạy thiết bị đƣợc tăng lên nhiều Ngƣời ta dùng cuộn dây siêu dẫn (hoạt động nhiệt độ thấp) để tạo từ trƣờng cực lớn ổn định Ngày nay, hệ siêu dẫn nhiệt độ cao SQUID YBCO sử dụng cho việc đo từ thông ba chiều Việc thay nâng cao chất lƣợng hạ giá thành sản phẩm Lợi ích thiết bị định vị tăng cƣờng từ thông cấu trúc cụ thể Ví dụ để phát thăng giáng từ trƣờng não ngƣời, thăng giáng bắt nguồn từ q trình phóng điện có liên quan (hiện tƣợng động kinh) 3.3.2 Thiết bị thu phát sóng Viba Ứng dụng tính khơng thấm sâu sóng điện từ vào chất siêu dẫn (độ thấm sâu London) so với kim loại thƣờng để dùng thiết bị tần số cao Cùng với việc sử dụng siêu dẫn nhiệt độ cao YBCO, ngƣời ta chế tạo lọc sóng viba với hệ số phẩm chất tăng lên hàng trăm lần điện trở bề mặt chất siêu dẫn nhỏ nhiều lần so với kim loại thơng thƣờng (Al, Cu, Au,…) Ví dụ tần số 10GHz 77K, điện trở chất siêu dẫn YBCO điện trở bề mặt Cu 13mΩ Điều làm giảm tổn hao tín hiệu viba xuống lần thay chất siêu dẫn cho Cu lọc vi sóng Cơng nghệ lọc sử dụng vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao (HTS) cho phép loại bỏ gần nhƣ hồn tồn tín hiệu nhiễu bảo tồn tín hiệu gốc Khi sử dụng HTS, ta không cần phải thay thiết bị thu vơ tuyến hay ăng-ten thực đƣợc gọi vốn thực đƣợc thiết bị thông tin tăng khoảng cách dải thông chúng Các hệ thống lọc đầu vào sử dụng vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao có tính độc đáo, tạo cấp độ lọc cần thiết nhiễu ngồi dải sóng thiết bị gây nhiễu phát ra, đồng thời tăng độ nhạy thiết bị thu lên nhiều tín hiệu yếu Vật liệu siêu dẫn có tính hẳn vật liệu thông thƣờng điện trở chúng nhỏ nhiều (bằng với dòng điện chiều) Tuy nhiên, vật liệu siêu dẫn phải đƣợc làm lạnh đạt đƣợc đặc tính Mặc dù cơng nghệ HTS mẻ song chứng tỏ tính khả thi nó, có 1.000 trạm thông tin vô tuyến thành phần sử dụng Các lọc HTS đƣợc trang bị tàu hải quân, máy bay hàng ngày đƣợc sử dụng để hỗ trợ cho hoạt động quan tình báo quan hành pháp Việc cải tiến công nghệ thiết bị làm lạnh vật liệu HTS tạo hệ thống nhỏ hơn, có nhiều lọc Ứng dụng đặc biệt sử dụng lọc kiểu hệ thu phát sóng điện thoại di động ngày đƣợc số nƣớc công nghiệp triển khai để tăng chất lƣợng dịch vụ phục vụ khách hàng Ở độ nhạy tính lọc lựa tăng lên đáng kể Ngồi ra, ngƣời ta chế tạo cần ăng-ten siêu nhỏ chất siêu dẫn Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 27 Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] đƣa vào sử dụng Ăng-ten làm chất siêu dẫn nhiệt độ cao có kích thƣớc 5% kích thƣớc loại ăng-ten thông dụng Ăng-ten mini làm việc theo nguyên lý mạch xuyên ngầm có độ nhạy gấp 20 lần loại ăng-ten khác Ví dụ ăng-ten siêu dẫn nhiệt độ cao có độ dài 2,6 inch thay cho ăng-ten thơng thƣờng có độ dài 52 inch sử dụng để bắt tần số FM Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 28 Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] 3.3.3 Thiết bị dị sóng milimet (Milimet waves delector) Sử dụng tiếp xúc Josephon màng mỏng siêu dẫn YBCO thành công việc chế tạo thiết bị bắt sóng milimet, điều khó thực đƣợc cơng cụ bán dẫn thông thƣờng Từ nguồn nhiệt thấp xạ sóng milimet, thiết bị dị màng mỏng YBCO phát định vị phận bị sai hỏng khơng gian ba chiều Đó vùng có nhiệt độ thấp so với phận bình thƣờng xung quanh Hình 3.9: Thiết bị dị tìm mạch sai hỏng siêu dẫn nhiệt độ cao 3.3.4 Máy phát sóng tần số Terahertz (THz) Các xạ điện từ dải tần THz (1012 Hz) đem lại ứng dụng to lớn, từ việc phát chất nổ chẩn đoán, điều trị ung thƣ Nhƣng trở ngại khoảng cách từ sóng vi ba (microwave) hồng ngoại (bức xạ THz) nên không dễ dàng vƣợt qua xạ THz khó sinh tần số chúng cao linh kiện phát dựa vật liệu bán dẫn, nhƣng lại thấp để tạo nhờ máy laser chất rắn Gần đây, nhà nghiên cứu Hoa Kỳ, Thổ Nhĩ Kì Nhật Bản giải vấn đề cách khai thác lớp tiếp xúc Josephson vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao Lớp tiếp xúc Josephson đƣợc cấu tạo hai lớp vật liệu siêu dẫn ngăn cách lớp điện môi mỏng nhƣ điển hình hiệu ứng đƣờng hầm lƣợng tử Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 29 Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Hình 3.10 Cấu trúc linh kiện nhóm Welp Ulrich Welp (thuộc Phịng thí nghiệm Quốc gia Argone, Hoa Kỳ) cộng khẳng định hai vấn đề giải cách sử dụng vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao Khác vật liệu siêu dẫn nhiệt độ thấp, chất siêu dẫn nhiệt độ cao không cần phải tạo lớp tiếp xúc Josephson chúng tự nhiên chứa lƣợng chất khắp nơi cấu trúc lớp đơn Và đồng thời chúng có khe lƣợng tƣơng đối lớn đủ để phát xạ dải sóng THz Hình 3.11: Kết tần số phát Quan trọng hơn, nhóm Welp phát cách đơn giản để đồng hóa xạ (pha sóng phát nội từ lớp tiếp xúc Josephson vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao) để tạo cơng suất phát mức miliwatts (mW) Nhóm nghiên cứu sử dụng vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao Bi2Sr2CaCu2O8, Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 30 Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] đƣợc biết đến với tên viết tắt BSCCO với lớp Josephson nội đƣợc tạo xếp liên tục Quan trọng hơn, nhóm Welp phát cách đơn giản để đồng hóa xạ (pha sóng phát nội từ lớp tiếp xúc Josephson vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao) để tạo cơng suất phát mức miliwatts (mW) Nhóm nghiên cứu sử dụng vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao Bi2Sr2CaCu2O8, đƣợc biết đến với tên viết tắt BSCCO với lớp Josephson nội đƣợc tạo xếp liên tục lớp siêu dẫn CuO2 dải lớp điện môi BiO SrO Khi đặt hiệu điện ngang qua mẫu BSCCO, khiến cho lớp phát xạ điện từ tần số định nhƣng không kết hợp pha Cũng giống nhƣ với laser, thủ thuật để tạo nên xạ đồng pha thay đổi hiệu điện tần số phát tƣơng ứng với tần số cộng hƣởng hốc Tại tần số đó, điện trƣờng tự bù trừ mặt pha giúp cho xạ đƣợc đồng hóa Ban đầu có vài lớp tiếp xúc đồng pha, nhƣng sau hiệu ứng đƣợc làm mạnh thêm cách dội hơn, nhờ kiểu phản hồi dẫn đến việc dải sóng phát đƣợc đồng pha 3.3.5 Thế chuẩn (Voltage Standard) Nhiều nƣớc sản xuất máy biến áp, loại máy hoạt động nhờ tiếp xúc Josephson với tần số xạ xác Sử dụng chất siêu dẫn nhiệt độ cao tiếp xúc Josephson để chế tạo làm biến áp hạ giá thành sản phẩm, chất lƣợng bền, độ xác cao hoạt động biến áp rộng 3.3.6 Thiết bị xử lý tín hiệu (Signal Processors) Phát triển máy xử lý tín hiệu tốc độ cao việc sử dụng chất siêu dẫn nhiệt độ cao Máy hoạt động với độ nhạy gấp 50 lần thiết bị sử lý tín hiệu thơng thƣờng 3.3.7 Đầu dò xạ (Radiation Detectors) Các chất siêu dẫn nhiệt độ cao để chế tạo máy dò xạ tia cực tím sóng micro Máy đạt đƣợc độ nhạy bậc cao 3.3.8 Công tắc quang học Trong hệ tin học điều khiển truyền thông tin cáp quang máy tính quang điện hệ mới, ngƣời ta chế tạo sử dụng loại thiết bị công tắc quang học tƣ chát siêu dẫn nhiệt độ cao Các công tắc nhỏ, nhẹ, điều khiển xác, bền có độ nhạy cao thời gian điều khiển cực nhanh Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 31 Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] PHẦN 3: KẾT LUẬN Đề tài “Hiện siêu dẫn nhiệt độ cao” đƣợc thực với mong muốn đƣợc nâng cao hiểu biết tƣợng siêu dẫn, nhanh chóng tiếp cận với kiến thức ứng dụng lạ tƣợng khoa học – đời sống Tìm vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao bƣớc tiến quan trọng trình cải tiến tìm kiếm vật liệu Kể từ đó, nhà khoa học bắt tay vào cơng nghiên cứu vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao đạt nhiều thành tựu rực rỡ Chỉ với hai đặc trƣng: khơng có mát lƣợng trình truyền tải điện khả đẩy từ trƣờng chất siêu dẫn, vật liệu siêu dẫn đƣợc ứng dụng rộng rãi ngành khoa học, công nghệ đời sống Nhiều nhà vật lý cho rằng, tác động công nghệ siêu dẫn nhiệt độ cao vƣợt xa công nghệ bóng bán dẫn laser Hiện nay, chƣa thể tƣởng tƣợng đƣợc hết tiềm khổng lồ ứng dụng vật liệu Trong đề tài, chúng em có trình bày vài nét trình lịch sử phát chất siêu dẫn; vài lý thuyết liên quan; khái niệm, đặc điểm tƣợng siêu dẫn nhiệt độ cao cuối ứng dụng cụ thể khoa học – đời sống siêu dẫn nhiệt độ cao Đề tài giúp bạn có nhìn cụ thể tƣợng siêu dẫn, biết đƣợc điều lạ, thú vị việc ứng dụng siêu dẫn vào công nghệ đại Hy vọng đề tài tƣ liệu bổ ích cho bạn sinh viên, nhƣ ngƣời đam mê khoa học có mong muốn tìm hiểu thêm tƣợng siêu dẫn – vấn đề nhiều điều kỳ bí Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 32 Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn