Chào mừng Bạn tham gia Diễn Đàn VNKienThuc.com - Định hướng Forum Kiến Thức
- HÃY TẠO CHỦ ĐỀ KIẾN THỨC HỮU ÍCH VÀ CÙNG NHAU THẢO LUẬN
Kết nối: VNK X - VNK groups | Nhà Tài Trợ: BhnongFood X - Bhnong groups - Đặt mua Bánh Bhnong

Trả lời chủ đề

Nội dung: <blockquote data-quote="Hide Nguyễn" data-source="post: 19281" data-attributes="member: 6">[FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Vào những năm 20 và 30, Pyotr L. Kapitsa đã phát triển một số kĩ thuật thực nghiệm để thực hiện và nghiên cứu các hiện tượng ở nhiệt độ thấp. Ông nghiên cứu nhiều khía cạnh của hê-li (4) lỏng và cho thấy rằng hê-li lỏng có tính siêu chảy (tức là chảy không có ma sát) khi nhiệt độ thấp hơn 2.2 độ Kenvin. Sau này hiện tượng siêu chảy được hiểu là sự thể hiện của mối liên hệ lượng tử giữa hiện tượng ngưng tụ Bose-Einstein (được tiên đoán bằng lý thuyết vào năm 1920) và nhiều tính chất giống như trạng thái siêu dẫn của điện tử trong một số chất dẫn điện đặc biệt. Kapitsa được trao một nửa giải Nobel vật lý năm 1978.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Hê-li (3) thì lại thể hiện các hiện tượng đặc biệt, vì mỗi hạt nhân hê-li có spin khác không chứ không giống như hê-li (4). Do đó, nó giống như là các hạt fermion và không bị ngưng tụ Bose-Einstein như các hạt boson. Tuy vậy, giống như các vật liệu siêu dẫn (xem dưới đây), các cặp hạt có spin bán nguyên có thể tạo thành các hạt “giả boson” và có thể bị ngưng tụ gây nên trạng thái siêu chảy. Hiện tượng siêu chảy của hê-li (3) xảy ra tại nhiệt độ thấp hơn của hê-li (4) hàng ngàn lần và đã được David M. Lee, Douglas D. Osheroff và Robert C. Richardson phát hiện ra, họ nhận giải Nobel vật lý năm 1996. Họ đã quan sát thấy các pha siêu chảy khác nhau cho thấy cấu trúc xoáy phức tạp và các hiện tượng lượng tử rất thú vị.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Các điện tử trong chất rắn có thể bị định xứ ở xung quanh các nguyên tử của chúng trong các chất cách điện, hoặc chúng có thể chuyển động qua lại giữa các vị trí của các nguyên tử trong các chất dẫn điện hoặc chất bán dẫn. Vào đầu thế kỉ 20, người ta biết rằng các kim loại có thể phát ra các điện tử khi bị nung nóng, nhưng người ta không biết điện tử phát ra là do bị kích thích nhiệt hay là do các tương tác hóa học với môi trường khí xung quanh. Bằng các thực nghiệm tiến hành trong môi trường có chân không cao, cuối cùng, Owen W. Richardson đã xác định rằng sự phát xạ của điện tử là do hiệu ứng nhiệt và ông cũng thiết lập định luật phân bố của của các điện tử theo vận tốc. Và do đó, Richardson nhận giải Nobel năm 1928.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Cấu trúc điện tử xác định các tính chất điện, từ và quang của chất rắn và nó còn có vai trò quan trọng đến tính chất cơ và nhiệt nữa. Một trong những nhiệm vụ quan trọng của các nhà vật lý thế kỉ 20 là đo trạng thái và động học của các điện tử và mô hình hóa các tính chất của chúng để hiểu các tổ chức của các điện tử trong các loại chất rắn khác nhau. Điều rất tự nhiên là các hiện tượng khác thường đã thu hút mạnh mẽ các nhà vật lý chất rắn. Điều đó được phản ánh trong giải Nobel vật lý: vài giải đã được trao các các phát hiện liên quan đến siêu dẫn và các hiện tượng đặc biệt thể hiện trong một số chất bán dẫn.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Siêu dẫn lần đầu tiên được phát hiện từ rất sớm, từ năm 1911. Kamerlingh-Onnes đã thấy rằng điện trở của thủy ngân giảm xuống nhỏ hơn một phần tỉ giá trị bình thường khi bị làm lạnh thấp hơn một nhiệt độ chuyển pha Tc khoảng 4 độ Kenvin. Như được nhắc ở phần trên, ông đã nhận giải Nobel năm 1913. Tuy vậy, một thời gian dài người ta không hiểu tại sao các điện tử có thể chuyển động mà không bị cản trở trong các chất siêu dẫn tại nhiệt độ thấp. Nhưng vào đầu những năm 60, Leon N. Cooper, John Bardeen và J. Robert Schrieffer đã đưa ra lý thuyết dựa trên ý tưởng là các cặp điện tử (có spin và hướng chuyển động ngược nhau) có thể giảm một lượng năng lượng Eg bằng cách chia xẻ một cách chính xác cùng một độ biến dạng của mạng tinh thể khi chúng chuyển động. Các cặp Cooper này hành động giống như các hạt boson. Sự tạo cặp này cho phép chúng chuyển động như một chất lỏng liên kết, không bị ảnh hưởng khi các kích thích nhiệt (có năng lượng là kT) nhỏ hơn năng lượng tạo thành khi kết cặp (Eg). Lý thuyết BCS này được trao giải Nobel vật lý năm 1972.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Đột phá trong việc hiểu cơ sở cơ học lượng tử này dẫn đến các tiến bộ trong các mạch siêu dẫn: Brian D. Josephson đã phân tích sự dịch chuyển của các hạt tải điện giữa hai kim loại siêu dẫn được ngăn cách bởi một lớp vật liệu dẫn điện thường rất mỏng. Ông tìm thấy rằng pha lượng tử xác định tính chất dịch chuyển là một hàm dao động của điện thế bên ngoài đặt lên chuyển tiếp này. Hiệu ứng Josephson có các ứng dụng quan trọng trong các phép đo chính xác vì nó thiết lập mối liên hệ giữa điện thế và tần số. Josephson nhận một nửa giải Nobel vật lý năm 1973. Ivar Giaever, người đã phát minh và nghiên cứu các tính chất chi tiết của “chuyển tiếp đường ngầm” (tunnel junction) (một hệ thống điện tử dựa trên chất siêu dẫn) chia nhau một nửa giải còn lại với Leo Esaki cho công trình nghiên cứu về hiệu ứng đường ngầm trong chất bán dẫn (xem dưới đây).[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Mặc dầu có khá nhiều các hợp kim và hợp chất siêu dẫn được phát hiện trong khoảng 75 năm sau phát hiện của Kamerlingh-Onnes, hiện tượng siêu dẫn mãi được xem như là hiện tượng chỉ xảy ra tại nhiệt độ thấp, với nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn thấp hơn 20 độ Kenvin. Cho nên khi J. Georg Bednorz và K. Alexander Müller cho thấy rằng Ô-xít Lanthan-đồng có pha thêm Ba-rri có nhiệt độ chuyển pha là 35 độ Kenvin thì mọi người rất ngạc nhiên. Và ngay sau đó, các phòng thí nghiệm khác công bố các hợp chất có cấu trúc tương tự như thế có tính siêu dẫn ở nhiệt độ khoảng 100 độ Kenvin. Phát hiện về “siêu dẫn nhiệt độ cao” này khởi động một làn sóng trong vật lý hiện đại: tìm hiểu cơ chế cơ bản cho tính siêu dẫn của các vật liệu đặc biệt này. Bednorz và Müller nhận giải Nobel năm 1987.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Chuyển động của các điện tử trong kim loại ở trạng thái dẫn điện bình thường đã được mô hình hóa về lý thuyết đến một độ phức tạp chưa từng có từ khi có mặt của cơ học lượng tử. Một trong những bước tiến lớn ban đầu là việc đưa vào khái niệm sóng Bloch, hàm sóng được lấy tên của nhà vật lý Felix Bloch (người nhận nửa giải Nobel vật lý năm 1952 cho công trình nghiên cứu về cộng hưởng từ). Một khái niệm quan trọng nữa là “chất lỏng điện tử” (electron fluid) trong các chất dẫn điện do Lev Landau (xem phần hê-li lỏng). Philip W. Anderson đã có những đóng góp quan trọng vào lý thuyết cấu trúc điện tử của các kim loại, đặc biệt là các bất đồng nhất trong các hợp kim và các nguyên tử từ tạp chất trong các kim loại. Nevill F. Mott đã nghiên cứu các điều kiện chung cho tính dẫn điện của điện tử trong chất rắn và đưa ra các công thức xác định các điểm mà một chất bán dẫn biến thành một chất dẫn điện (chuyển pha Mott) khi thành phần hoặc các thông số bên ngoài bị thay đổi. Anderson và Mott chia nhau một nửa giải Nobel năm 1977 và một nửa giải được trao cho John H. Van Vleck cho các nghiên cứu lý thuyết về cấu trúc điện tử của các hệ từ và mất trật tự.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Một giải Nobel vật lý trước đây (1920) đã được trao cho Charles E. Guillaume cho phát hiện cho thấy rằng giãn nở nhiệt của một số thép ni-ken (hợp kim được gọi là invar) bằng không. Giải Nobel này được trao chủ yếu bởi tầm quan trọng của các hợp kim invar trong các phép đo chính xác được dùng trong vật lý, ngành đo đạc và đặc biệt là thước mét chuẩn được đặt ở Paris. Các hợp kim này được dùng rất rộng rãi trong các dụng cụ có độ chính xác cao như là đồng hồ, … Các cơ sở lý thuyết về sự phụ thuộc vào nhiệt độ của độ giãn nở chỉ mới được giải thích gần đây. Và mới đây (1998), Walter Kohn nhận giải Nobel hóa học cho các phương pháp của ông khi xử lý các tương quan trao đổi lượng tử , mà nhờ đó người ta có thể vượt qua các giới hạn trong tính toán cấu trúc điện tử trong chất rắn và các phân tử.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Trong các chất bán dẫn, độ linh động của các điện tử bị giảm đi rất mạnh do có sự tồn tại của vùng cấm năng lượng đối với các điện tử gọi là các khe năng lượng. Sau khi người ta hiểu được vai trò cơ bản của các tạp chất cho điện tử và nhận điện tử trong si-líc siêu sạch (và sau này còn có các vật liệu khác), các chất bán dẫn được sử dụng làm các bộ phận trong điện kĩ thuật. William B. Shockley, John Bardeen (xem thêm lý thuyết BCS) và Walter H. Brattain đã tiến hành các nghiên cứu cơ bản về siêu dẫn và đã phát triển transistor loại một. Đó là bình minh của kỉ nguyên “linh kiện điện tử”. Họ cùng nhận giải Nobel năm 1956.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Sau này Leo Esaki đã phát triển đi-ốt đường ngầm, một linh kiện điện tử có điện trở vi phân âm, đó là một tính chất kĩ thuật rất thú vị. Nó tạo thành từ hai chất bán dẫn pha tạp loại “n” và loại “p”, có một đầu dư điện tử và một đầu khác thiếu điện tử. Hiệu ứng đường ngầm xuất hiện khi điện thế dịch lớn hơn khe năng lượng trong các chất bán dẫn. Ông chia giải Nobel vật lý năm 1973 với Brian D. Josephson.[/FONT]</blockquote>

Tên

Mã xác nhận