CC BY
63YUQORI HARORATLI O'TA O'TKAZUVCHANLIK SOHASIDA BUGUNGI
KUNDA ERISHGAN YUTUG'LARI
Ushbu maqolada o'ta o'tkazuvchanlik hodisasi, xossalari, yuqori haroratli o'ta o'tkazuvchanlik fizikasining ahamiyati, yuqori haroratli o'ta o'tkazuvchanlikni ifodalovchi modellar, turlari, yuqori haroratli o'ta o'tkazuvchanlikdagi xossalari va ularning fan va texnikadagi roli yoritib beriladi.
Kalit so'zlar: O'ta o'tkazuvchanlik, Xeyke Kamerling Onnes, V.Meyssnerlarnig o'ta o'tkazuvchanlik modellari, BKSH nazariyasi V.L.Ginzburg va Littlning yuqori haroratli o'ta o'tkazuvchanlik modellari.
O'ta o'tkazuvchanlik hodisasining yaratilishi inert geliy gazining suyultirilishi bilan chambarchas bogliq, ushbu yutuqqa mashhur gollandiyalik fizik, Leydendagi past haroratlar fizikasi laboratoriyasining asoschisi va rahbari Gayk Kamerling Onnes (18551926) 1908 yilda erishdi, yani u havo tarkibida juda oz miqdorda bo'lgan inert geliy gazini suyuq holatga o'tkazishga muyassar bo'lib, harorati 4,2 K bo'lgan suyuqlikni olishga erishgan.
Kamerling Onnes 1908 yilning oktyabr oyida, past haroratlar fizikasi sohasida olib borgan tadqiqotlari va erishgan yutuqlari haqida Parijda o'tkazilgan past haroratlar fizikasi yo'nalishidagi birinchi xalqaro kongressda maruza qildi. Suyultirilgan geliyning olinishi, olimlar uchun, absolyut nolga yaqin b o'lgan (1^10 K) harorat sharoitida ilmiy tadqiqot ishlarini olib borish imkoniyatini yaratdi. Malumki, geliy gazining suyultiririlishibu vodoroddan keyingi o'rinda turuvchi inert gazning suyultirilishidir. Gazlarning suyulish haroratini aniq tasavvur etish maqsadida 1.1-jadvalda aks ettirilgan raqamlarga murojaat qilamiz. Unda moddalarning qaynash (Tqay) va erish (Terish) haroratlari keltirilgan. 1.1-jadvaldagi harorati juda past bo'lgan suyuqliklarning olinishi, metallar elektr qarshiligining haroratga bog'lanishini ifodolovchi qonuniyatni amalda aniqlash uchun juda qo'l keldi. Ilk marotaba bunday tajribalarni amalga oshirish imkoniyatiga Kamerling Onnes ega bo'ldi. U metallar qarshiligini haroratga boglanishi qanday ko'rinishda bo'lishini tekshirib ko'rish maqsadida ilmiy izlanishlar olib borib, qator metallar uchun, harorat xona haroratiga yaqin bo'lganda ularnig elektr qarshiligining haroratga bog'lanishi to'g'ri chiziqli proportsional boglanishda ekanligini va haroratning pasayishi bilan qarshilik kamayishi tezligining sekinlashishini kuzatdi. 1.1-jadval
D. R. Djuraev
BuxDU, f-m.f.d., professor
N. O. Bozorova BuxDU, 1-bosqich magistri
ANNOTATSIYA
O'ta o'tkazuvchanlik hodisasining kashf etilishi
Modda Ne N2*) Ne N2 O2 H2O
Tqay, K 4,2 20,3 27,2 77,4 90,4 373,16
Terish, K X nuqta** ) 2,18 14,0 24,5 63,3 54,7 273,16
Agar qarshilik xuddi shunday chiziqli kamaya boshlasa harorat nolga etganda uning qiymati manfiy bo'lishi mumkinligini aniqladi. Ushbu izlanishlarning natijalari tadqiqotchini metallar elektr qarshiligining haroratga bogliqligini quyidagi uch xil ko'rinishda (1.1-rasmda keltirilgandek) bo'lishi mumkin degan xulosaga olib keldi:
* harorat kamayishi bilan metallning elektr qarshiligi nolga intiladi.
* qarshilik o'zgarmas Ro qiymatga intiladi.
* qarshilik kamayib malum bir qiymatga erishgandan so'ng cheksiz katta qiymatga intiladi .
Ushbu mulohazalarni amalda tekshirib ko'rish uchun toza metallar platina vaoltindan foydalanildi. Mazkur o'tkazgichlar uchun haroratning kamayishi bilan ularning qarshiligini o'zgarmas qiymatga intilishi va hatto juda kichik kuzatib bo'lmaydigan darajada kichrayishi mumkinligi haqida Onnes qator ilmiy anjumanlarda axborot berdi. Uning olgan natijalari o'sha davrning jadal suratlar bilan rivojlanayotgan kvant nazariyasiga zid emas edi.
A.Eynshteyn*) juda past haroratlarda atomlarning tebranish energiyasini eksponentsial kamayishini ifodalovchi qattiq jismlar modelini yaratgan.
1.1-rasm. Metallar elektr qarshiligining haroratga boglanish grafiklari. Onnesning fikricha juda sof moddalarning qarshiligi ularning kristall panjaralardagi atomlarning tebranishi orqali aniqlanishi kerak edi. Keyingi olib borilgan ilmiy izlanishlar natijalari bu fikrning haqiqatga yaqin ekanligini tasdiqladi. Onnes o'z
ilmiy mulohazalarini tasdiqlash maqsadida, o'sha vaqtning toza**) metali hisoblangan simobdan ilmiy tadqiqot ob'ekti sifatida foydalandi. Simob moddasi elektr qarshiligining haroratga boglanishi o'rganilayotganda, uning qarshiligi harorat 4,2 K ga yaqinlashgach to'satdan keskin kamayishi kuzatildi. Qarshilik shunchalik kichik qiymatgacha kamaydiki, uni o'lchash mumkin bo'lmay qoldi.
1.2-rasm. Simob elektr qarshiligining haroratga bog'lanishini ifodalovchi chizma.
Keyinchalik takomillashgan qurilmalarda o'tkazilgan tajribalar shuni ko'rsatdiki, simobning qarshiligi haroratning yuzdan bir keFvini oralig'ida keskin kamayar ekan. Onnes tomonidan 1913 yilda olingan simob elektr qarshiligining haroratga boglanishi 1.2 -rasmda o'z aksini topgan.
Ushbu rasmda keltirilgan chizma, yani qarshilikning malum haroratda keskin kamayishi haqida Onnes shunday degan edi: "Harorat 4,2 K dan pastroq qiymatga yetganda, yani yuzdan bir keFvin atrofida, simobning qarshiligi to'satdan, qarshilikning tebranma nazariyasiga mos kelmagan holda, keskin kamaydi, qarshilik o'zining boshlang'ich qiymatidan million marotabadan ham ko'proq karraga kamaydi. Demak, simob yangi holatga o'tdi. Uning farqli o'laroq, elektr xossalarini e'tiborga olib, bu holatni "o'ta o'tkazuvchanlik" holati deb atasa ham bo'ladi".
O'ta o'tkazuvchanlik hodisasi uzoq davom etgan ilmiy izlanishlardan so'ng faqat 1957 yildagina, yani yaratilganidan so'ng 46 yil o'tgach, nazariy asosga ega bo'ldi. Bu jahonshumul nazariya bir-birlari bilan boglanmagan holda J.Bardin, V.Kuper va J.Shrifferlar tomonlaridan yaratildi. Bu nazariya mualliflar familiyasining bosh harflaridan tashkil topgan qisqacha "BKSh nazariyasi" degan nom bilan olimlar orasida mashhurdir.
Keyingi nazariy izlanishlar shuni ko'rsatdiki, elektronlar va kristall panjaralar tebranishlari orasidagi o'zaro tasir elektronlar orasidagi qo'shimcha o'zaro tasirni Yuzaga keltirar ekan.
SCIENTIFIC PROGRESS VOLUME 3 I ISSUE 3 I 2022 _ISSN: 2181-1601
Malum sharoitlarda ushbu o'zaro tasir elektronlar orasidagi tortishuvni Yuzaga keltiradi. Agar mana shu o'zaro tasir elektronlar tortishuvi kulon itarish kuchlariga nisbatan kuchli bo'lsa, o'ta o'tkazuvchanlik hodisasi namoyon bo'ladi. Keyinchalik o'ta o'tkazgichlarning ikkita katta oila birinchi tur (unga misol qilib simobni keltirish mumkin) va ikkinchi tur (unga misol qilib turli metallarning qotishmalarini keltirish mumkin) bo'linishi aniqlandi. Ikkinchi tur o'ta o'tkazuvchanlikni kashf etilishida 1930 yillardagi L.V.Shubnikov va 1950 yillardagi A.A.Abrikosovning ishlari muhim roF o'ynadi.
1962 yilda Brayan Jozefson tomonidan kashf etilgan Jozefson effekti o'ta yuqori sezgirlikka ega bo'lgan elektromagnit qayd etgichlarni yaratish imkoniyatini bergan bo'lsa, uning juda katta amaliy ahamiyatga ega ekanligi hozirgi kundagi fan va texnikaning rivojlanishida namoyon bo'lmoqda. 1986 yilda Karl Myuller va Georg Bednorts13 yangi turdagi Yuqori haroratli o'ta o'tkazgichlar (YuHO'O') deb nomlanadigan metal oksidlari asosidagi o'ta o'tkazgichlarni kashf etishdi. Agar 1987 yilning boshlarida lantan-strontsiy-mis-kislorod (La—Sr—Cu—O) birikmasida 36 K da qarshilik nolgacha kamaygan bo'lsa, 1987 yilning mart oyida ilk marotaba suyuq azotning qaynash haroratidan (77,4 K) yuqori haroratlarda ham, yani ittriy-bariy-mis-kislorod (Y—Ba—Cu—O) birikmasida ushbu hodisa kuzatildi. Keyingi tadqiqot-izlanishlar o'ta o'tkazuvchanlik xossasini Hg—Ba—Ca—Cu—O(F) keramik birikmada 138 K haroratda va uni bosim ostida (400 kbar) 166 K ga etkazish mumkinligini ko'rsatdi.
1987 yilda shveytsariyalik olimlar G.Berdnors va A.Myuller «Yuqori haroratli o'ta o'tkazuvchanlik hodisasini tajribada kuzatganliklari uchun» fizika sohasida Nobel' mukofoti bilan taqdirlandilar.
Ushbu 4.1- rasmda o'ta o'tkazgichlar kritik haroratlarining yillar davomida o'zgarish xronologiyasi keltirilgan. Undan ko'rinib turibdiki, 1986 yildan boshlab kritik harorat keskin oshib borgan, yani 24 K dan 166 K gacha. Bu esa olimlarni xona haroratida ham o'ta o'tkazuvchanlik hodisasiga ega bo'lgan materiallarni olish mumkinligiga ishontirmoqda.
Shu paytgacha olib borilgan tadqiqotlar natijasida tayyorlangan o'ta o'tkazgichlarni shartli ravishda quyidagicha klassifikatsiyalash mumkin: Organik o'ta o'tkazgichlar 1979 yilda kashf etildi, uning maksimal kritik harorati Tc=11,5 K ga teng bo'lgan.
A15 turdagi birikmalar, klassik past haroratli o'ta o'tkazgichlar ilk marotaba 1954 yilda kashf etilgan, uning maksimal kritik harorati Tc=23,2 K ga teng.bo'lgan. Magnitli o'ta o'tkazgichlar, yoki Cheverel fazasi 1979 yilda kashf etilgan bo'lib, ferromagnitli va antiferromagnitli o'ta o'tkazgichlarni birlashtiradi ular uchun maksimal kritik harorati Tc=15 K ga teng bo'lgan, ammo amaldayuqori magnit maydoni Hc2=60 Tl ga egadir.
Ogir fermionlar uchun maksimal kritik harorat Tc=18 K ga tengbo'lib, ularda o'ta o'tkazuvchanlik ferromagnetizm va antiferromagnetizm bilan birgalikda mavjud bo'lishi namoyon bo'ladi.
Missiz oksidli o'ta o'tkazgichlar- YuHO'O' larning ilk marotaba olinganida kritik harorati Tc=31 K ga teng bo'lgan, 1999 yilda natriy aralashtirilgan volfram oksidi-perovskitli dielektrik monokristalli sirtqi qatlamida kritik harorat Tc=91 K ga ega ekanligini namoyon qildi.
4.1-
rasm. O'ta o'tkazuvchanlikka o'tishning kritik haroratlari bilan ular kuzatilgan vaqt orasidagi boglanishni ifodalovchi xronologik chizma.
Oksipniktidlar - mis elementi bo'lmagan nodir yer elementli tuzilmalar 2008 yilda kashf etilgan bo'lib, tez orada YuHO'O' lardan keyingi o'rinni egalladi (uning kritik harorati Tc=55 K ga teng). Ular ham YuHO'O' dek qatlamli kristall tuzilmaga va mos ravishdagi FeAs li o'tkazuvchan tekislikka egadir.
Piroxlorid oksidlari, yani titan, tantal va niobiy tarkibida bo'lgan minerallar guruhi bo'lib, uncha yuqori bo'lmagan kritik haroratga ega, yani Tc=9,6 K.
Rutenkupratlar - YuHO'O' larga juda yaqin o'xshash bo'lib, ularda o'ta o'tkazuvchanlik ferromagnetizm bilan birga mavjud bo'ladi, ularning maksimal kritik harorati Tc=50 K ga teng.
Yuqori haroratli o'ta o'tkazgichlar - 1986 yilda kashf etilgan o'ta o'tkazuvchan kupratlar, o'ta o'tkazuvchanlik CuO2 tekisligi bo'ylab amalga oshiriladi, bugungi kunda rekord yuqori kritik haroratga (Tc=166±1,5 K) ega. Nodir er elementli borokarbidlarda kritik harorat Tc=23 K ga erishilgan.
SCIENTIFIC PROGRESS VOLUME 3 I ISSUE 3 I 2022 _ISSN: 2181-1601
Kremniyli o'ta o'tkazgichlar yuqori qo'shimcha bosim ostida (o'ta o'tkazuvchan materiallarda o'ta o'tkazuvchanlikni oshiruvchi asosiy faktorlardan biri bo'lgan) kritik harorat Tc=14 K ekanligini ko'rsatdi.
Xalbkogenidlar - oltingugurt va selen asosidagi tuzilmalar bo'lib, uncha katta bo'lmagan kritik harorat, Tc=4,15 K ekanligini namoyish etdi.
Uglerodli o'ta o'tkazgichlar - ulardagi o'ta o'tkazuvchanlik tadqiqotlarida eng ko'p qarama-qarshi va munozarali natijalar kuzatilgan bo'lib, ularga hamrohlik qilgan fullerenli tuzilmalarda kuzatilgan kritik harorat Tc=40 K ekanligi tasdiqlandi. MgB2 va o'xshash tuzilmalar (Tc=39K). 1950 yillarning boshida ushbu malum, arzon va ommabop materiallarda (magneziyni barcha dorixonalarda sotib olish mumkin!) yetarlicha yuqori kritik haroratga ega bo'lgan o'ta o'tkazuvchanlik kuzatildi,bu esa juda ham taajublanarli edi, chunki kashfiyot faqatgina 2001 yilda, yani 1986 yilda kashf etilgan YuHO'O' dan, o'ta o'tkazuvchanlik sohasiga bag'ishlangan shiddatli kashfiyotlardan ancha keyin amalga oshirildi.
Xulosa: Bizga malumki, insoniyatni qiynab kelayotgan muammolardan biri bu energetika muammosidir, uning yechimini o'ta o'tkazgichlardan foydalanmasdan topish juda mushkul. O'ta o'tkazgichlardan foydalangan holda energiya ishlab chiqarish, uni sarfsiz uzatish, ekologik toza, magnit yostig'ida harakatlanuvchi transportlar, o'ta sezgir elektromagnit signal qayd etgichlar va boshqa ko'pgina masalalarni yechish mumkin. Buning uchun esa xona va undan yuqori haroratlarda o'ta o'tkazuvchanlik xossasiga ega bo'lgan materiallarni tayyorlash texnologiyasini yaratish talab etiladi. O'z navbatida buni nanotexnologik jarayonlarni o'rganish orqaligina amalga oshirish mumkin.
REFERENCES
1. D.R.Djuraev. "O'TA O'TKAZUVCHANLIK FIZIKASI". Buxoro-2013, 307-b.
2. D.R.Djuraev va boshqalar. "O'ta o'tkazuvchanlikning ba'zi masalalari". Toshkent, Press-Dizayin, 2012.
3. Джураев Д.Р, Курбанов М. "Ута утказгичлар". Ёш куч, 1990.
4. www.ziyonet.uz kutubxonasi.
