CC BY
9
19. Немцев А.И., Шахмаметов Р.Г. Распределенные интеллектуальные системы: таксономия, применение, инструменты и пример реализации. -Сборник научных трудов российской научно-практической конференции "автоматизированные системы и информационные технологии",
2011, сентябрь, Новосибирск: изд-во НГТУ, с. 170-179.
20. Чибисов В.В. Синхронизация автономных хаотических ансамблей с дальними связями. - Успехи современной радиоэлектроники, 2013, № 3, с. 110-114.
ЗАГАДКА ЭКСПЕРИМЕНТА ИЗ ПРИНСТОНА 2007г (США) ПО «ОЧАГАМ» СВЕРХПРОВОДИМОСТИ ВЫШЕ КРИТИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ (Тс ) ПОЛУЧИЛА ОТВЕТ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ МОДЕЛИ (МСП-ДГ).
Чижов Владимир Александрович
Канд. тех. наук, доцент, г. Подольск
2007 год - сенсационные результаты по сверхпроводимости (СП). Обнаружены очаги СП выше Тс+10К (рис.1)[1].
О 7Ъ+10К <т щ - - • е. 9 - - . /и ° © тг * С? СЖ>Щ>- Св> - 1 - * "«э * ' Чг.Л - о . с* — -«.«оЛ? • - «Р-* . _ . . о . гг. . р . ЗПИЬк- ф . Т» . »да О .
Тс • Л" 'Л - £> 5пт , . 7Ъ-5К .г * Яг <
Рис.1[1] Электронные очаги (красные) в ВТСП керамике на основе меди. Принстон (США) 2007г.
Если стоять на теории БКШ, то объяснить данные результаты невозможно, что признают и авторы эксперимента - «... понимание того, почему эти крохотные электронные области СП существуют при высоких температурах и того, как создать материал, который показал бы этот эффект по всему объему, может стать ключом к созданию более горячих ВТСП» [1].
Для объяснений эффекта обнаруженных электронных очагов (рис.1) выше критической температуры (Тс) на 10К в ВТСП керамике использовалась модель МСП-ДГ
[2]. В отличии от общепризнанной теории БКШ [3], построенной на идеальной кристаллической решетке (рис. 2 а)[4], б)[5]), которая в природе отсутствует (рис.2 в)[6],г)[7]), в модели МСП-ДГ эффект возникновении сверхпроводимости (СП) рассматривается на реальных дефектах решетки (рис.3) - двойниковой границе (ДГ), которые создают энергетический провал (яму) (АЕд) для захвата электрона при условии , что его кинетическая энергия (Wке) меньше энергии ямы ( АЕд > Wке) рис.4.
Рис.2. а)[4] и б)[5] - Теоретическая схема кристаллической решетки, поясняющая фонон - электронное взаимодействие с образованием пары электронов (куперовской пары) в теории БКШ. в) и г) - Реальная кристаллическая
структура ВТСП керамики.
Рис.3. Схематическая реальная кристаллическая структура наргартованных сплавов (тянутой проволоки ниобий-германий NbзGe др.) и спеченных таблеток керамики ИБКУ.
1. Очаги электронных скоплений (рис.1) красные -это дефекты кристаллической решетки с параметрами решетки 1а, 2а (см. масштаб рис.1), т.к. с уменьшением температуры (Т) их геометрическое положение остается неизменным, а изменяются только электронные области над ними с увеличением при понижении температуры (Т).
2. Рис.1-Из за разности параметров кристаллической решетки (а) в матрице кристалла и очага (дефекта
(а1)) на границе кристалл-очаг (дефект) возникли напряжения как механического, так и электрического характера (рис.1- синие линии 0.1- 0.5 нм согласно приведенному масштабу 5 нм) . Это привело в пограничном слое кристалл-очаг к энергетической неоднородности (яме) (АЕд) (рис.4) и по оценке (методика [5] для СП ртути) высокой напряженности электрического поля (Е~1012-1014 В/см).
Рис.4. Образование энергетической ямы \ЛЕд\ на границе кристалл-дефект (см. «Гипотеза МСП-ДГ» [2]).Энергетическая характеристика поведения электрона у двойниковой границы (или в местах напряженности кристалл-дефект (очаг)) при понижении температуры кристалла, где (ВТ-высокие; СТ-средние и НТ-низкие температуры; Ц7ке- кинетическая энергия электрона; Еф-интегральная энергетическая характеристика кристалла = Ср ы а Т 3; 7- температура; 1,А"- рассматриваемая линейная величина у двойниковой границы (ДГ).
Согласно [5] выигрыш по работе (энергии) на 1 электрон для ртути при переходе в сверхпроводящее состояние ( по оценке критического магнитного поля Нс) составляет 10-7 эВ. Следовательно, для ВТСП керамики на одну кристаллическую ячейку (YBa2CшO7-s) он составит 10-4 эВ, т.к. Нс2 керамики превышает в 2000 раз (~2.103) Нс ртути №) [8].
^ при Т=2.5К Вс=Ц0цНс =0.03Т YBa2CuзO7-8 при Т=4.2К Вс=^Нс =70Т Итак, чтобы перевести 1 см3 вещества ИБКУ из СП состояния в нормальное (р~5г/см3; М.в.=578г/моль; ^=6.02 х 1023 моль -1 ) потребуется ~10-4 эВ или (10-23Дж х 5.1021 моль ед.ИБКУ\см3=5.10-2Дж\см3), т.е. выигрыш энергии при переводе 1 см3 кристалла ИБКУ в сверхпроводящее (СП) состояние составляет 5.10-2Дж\см3.0днако из эксперимента (рис.1) видно, что не все (5.1021 кристаллические молекулы вещества ИБКУ) «принимают участие» в формировании электронных скоплений, а только очаги в кристаллах, которых на площади 25 х 25 нм - 40 шт. или ^дф = 6.1012 молей, вышедших на его поверхность на 1 см2. Поэтому, на 1 очаг (усредним все очаги по эффективности воздействия на электронную структуру, хотя это не так (рис.1)) приходится:
А(работа выигрыша) / ^ф = 5х10-2 Дж / 6х1012 ОЧаГОВ = ~
10-14 Дж/очаг
Определим электрическую напряженность поля (Е) на границе кристалл-очаг. Примем величину этого пограничного слоя =3А0 (см.рис.1 синяя линия кристалл-очаг) и оценим данную усредненную напряженность поля (Е) у одного очага:
Е=А / q L;
где: А - работа выигрыша одного очага = 10-14Дж\очаг; q - заряд электрона =1,6.10-19 Кл;L - пограничное расстояние кристалл-очаг = 3А0.
Тогда напряженность электрического поля ( Е ) составит:
Е= 10-14Дж / 1,6.10-19Кл х 3.10-10м = ~ 2.1014 В/м или 2.1012 В/см
Получается, что в пограничном слое кристалл-очаг возникает очень сильная (2.1012 В/см) напряженность электрического поля (Е), а если рассмотреть самые сильные очаги при Тс+10К (рис.1), напряженность электрического поля (Е) на порядок и больше выше принятой усредненной ~1013 - 1014 В/см .
6. Столь высокая напряженность поля (Е) привела к втягиванию слабосвязанных электронов, компенсируя электронеоднородность в кристалле и создание поверхностных вихревых токов (рис. 5, 6) самоорганизованной системы для данной температуры (Т), (Тс+10 К, см. рис.1), сохраняя при этом электронейтральность системы.
Рис. 5[2]. Возникновение самоорганизованной вихревой электронной структуры и магнитных силовых линий за счет захвата электронов энегетической ямой (см. рис.4) на границе кристалл-дефект.
3. С понижением температуры (Т) колебательная (фо-нонная) составляющая уменьшается (Еф) и энергетическая яма увеличивается АЕд (рис.4), что вызывает увеличение электронеоднородности на границе кристалл-очаг (дефект) - рис.1 (ТС + 5К),
см.рис. 5,6. Для компенсации этой неоднородности включаются новые электроны из объема кристалла, а при их отсутствии увеличивается скорость электронов (WкE) в вихревом токе - опять сохраняя электронейтральность системы.
Рис.6. Действие приповерхностных вихревых токов, созданных за счет захвата электронов энергетической ямой АЕд на границе кристалл-дефект (очаг) и магнитных силовых линий.
4. При достижении критической величины над вихревыми токами, созданных дефектами (очагами) электронов становится столь много, что объемное сопротивление кристалла их не может принять (усвоить), т.е. проводимость (выброс электронов по каналу (АЕд )на поверхность кристалла больше, и объем не успевает их принять. Этот эффект способствует образованию электронов второго слоя над вихрями электронного слоя дефектов (см.рис.7).
5. Создание второго над вихревого электронного слоя
порождает электронный плазменный обмен между
вихрями за счет флюксоидного ( Ф0 = сЫ2е ) обмена, что и является переходом в сверхпроводящее состояние (см. рис.1 (Тс) и рис.7).
6. По мере уменьшения температуры (Тс) энергетическая яма на границе кристалл - дефект возрастает (рис.4 - температура ниже (НТ)) и концентрация электронов во втором слое увеличивается, что приводит к усилению эффекта сверхпроводимости (см.рис. 1 - Тс- 5 К).
Рис. 7[2]. Схема механизма передачи электрического заряда между вихревыми токами на границе кристалл-дефект в сверхпроводнике - образование пары электронных флюксоидов (солитонов).
а Я
Рис.8.Схематическое представление локальной механической (а - а1 = Аа) и электронеоднородности (Е) на границе кристалл-дефект (очаг).
7. Из рис.1 видно, что надо рассматривать не плоскую границу (как сделано в [2]) кристалл-дефект, а цилиндрическую (рис.8). Однако на Е сильного изменения не будет, порядок напряженности электрического поля (Е) останется, а вот структура и форма
электронного вихря должна сильно измениться и, предположительно, будет выглядеть как показано на рис.9, но это дальнейшая работа по численному моделированию покажет, если ею всерьез будут заниматься.
Рис.9.Возможная форма поверхностного вихревого тока электронного очага на границе кристалл - дефект с
вращением (см. рис.1, рис.8).
1.
2.
3.
ВЫВОДЫ
Очаги (электронные области красного цвета), обнаруженные выше критической температуры (Тс) в Пристонском эксперименте на ВТСП керамики 2007 г. (рис.1) возникли на границе кристалл-дефект.
Дефект в ВТСП керамике вызван отклонением от стехиометрического состава или сильным допированием примеси имеет параметры ячеек (период решетки) (а1), отличный от параметра основной матрицы кристалла (а).
Разность параметров а и дефекта а1 вызвали в пограничном слое кристалл-дефект сильные ( Аа = а - а1 ) как механические, так и электрические напряжения - энергетическую неоднородность с энергетическим провалом (ямой) (АЕд) и сильной напряженностью электрического поля (Е). И если выполняется условие (АЕд > Wке (кинетическая энергия
электрона) ) это приводит к захвату электронов в канал проводимости и выбросу их на поверхность кристалла, т.к. энергия кристалла (Екр ) больше энергии его поверхности (Епов ). Возвращаясь в объем электроны опять, посредством, канала (АЕд) выбрасываются на его поверхность, т.к. как проводимость в канале больше, чем в объеме кристалла -создается вихревой приповерхностный ток. Этот вихревой ток обуславливает магнитное поле, в направлении силовых линий от объема кристалла на его поверхность. Таким образом, при достижении определенной температуры (Т), при выполнения условия захвата электрона энергетической ямой (АЕд > Wке ), образуется самоорганизованная вихревая система, созданная энергетической системой кристалл-дефект-поверхность, которую можно представить эквивалентной схемой (рис.10).
4.
Рис.10. Эквивалентная схема захвата электронов из кристалла дефектом (энергетической ямой АЕд) с выбросом их на поверхность и организации приповерхностных вихревых токов и магнитного поля (Н).
5. Вихревые токи у одного электронного очага и вихревые токи электронов другого очага могут обмениваться только квантовано, т.к. вихревые приповерхностные токи созданы этими дефектами и жестко связаны с ними, посредством флюксоид-ного обмена Ф0 = сЫ2е во втором надвихревом электронном слое. Только когда такой обмен между созданными вихрями осуществляется за счет квантованных флюксоидов (Ф0) возникает эффект сверхпроводимости и Джезефсона.
6. Из вышесказанного напрашивается вывод - для по-
лучения более высокотемпературных ВТСП кри-
сталлов необходимо создать в матрице кристалла
глубокие энергетические ямы (каналы выхода на поверхность электронов) (АЕд ) за счет высокой концентрации дефектов ) и иметь концентрацию слабосвязанных электронов (типа металлической связи) в матрице кристалла. Канал выбросов электронов на поверхность должен быть чистым, без примеси - во избежание центров рассеивания в нем.
Из перечисленного следует, что получение более высокотемпературных ВТСП материалов надо искать в кристаллах с сильной химической связью (сильная ионная
связь - это щелочно-фторидные системы, что уже подтверждается на пниктидах. Частичная замена в них кислорода (О2 ) на фтор повысила критическую температуру в 6 раз) и ковалентной, при условии АЕд > Wке и высокой концентрации дефектов (^ф).
** - 1911г. Камерлинг Оннес дистилляцией очистил ртуть. Остаточное содержание примеси в ^ при этом процессе не могло быть меньше 1012 - 1014 см-3. При спонтанном охлаждении жидкая ртуть могла закристаллизоваться только в поликристалл. При охлаждения до низких температур - формирования идеального атомного порядка в монокристаллических "зернах" - чужеродная примесь вызвала внутренние напряжения в кристалле, которые и привели к двойниковой структуре (или кластерной, но с |АЕдг | как у двойниковой) с необходимой плотностью ^г > 1010см-2 и подвижностью электронов ^е, обеспечивая условия для создания в поверхностном слое кристалла са-моорганизованой электронной вихревой структуры при-воверхностных токов при Т = Тк |АЕдг | > Wke- , т.е. по предлагаемой модели выполнились условия СВЕРХПРОВОДИМОСТИ (СП). Т.о., получается, АВТОР ВЕЛИКОГО ОТКРЫТИЯ СВЕРХПРОВОДИВОСТИ КАМЕРЛИНГ ОННЕС измерял проводимость самоорганизованной электронной вихревой структуры, образовав-
шейся за счет кристаллографических дефектов двойнико- 4. Интернет - ресурс:
вой (или каластерной, но по эненргетическим характери- http/add.coobreferat.com/dos/index-13315.html
стикам аналогична двойниковой) структуры. (Часть III. Сверхпроводимость. Сверхпроводники
1-ого и 2-ого рода).
Список литературы: 5. Гинзбург В.Л., Андрюшин Е.А. Сверхпроводи-
1. Интернет-ресурс: www.membrana.ru/particle/11534/ мость.- М.: Альфа, 2006. (глава III. Природа сверх-(31 мая 2007 г.) проводимости).
2. Чижов В.А., Скориков В.М. Гипотеза о возникнове- 6. Интернет-ресурс:
нии эффекта сверхпроводимости на идеальном де- http://900igr.net/kartinki/fizika/VTSP/021-5.-
фекте кристаллической решетки - двойнике или Silnotochnye-primenenija-vtsp.html
двойниковой границе (ДГ). - М.: Издательство 7. Интернет-ресурс: http://microskopia-
«Спутник +», 2012.- 54 с. uai.narod.ru/nanometer2.html
3. Постников В.С. Физика и химия твердого состоя- 8. Интернет-ресурс:
ния. - М.: Металлургия, 1978.- (стр. 258-271). http://www.dinos.ru/sci/20080608421.html
ДЕМОНСТРАЦИЯ ВРЕМЕННОЙ КОМПОНЕНТНОЙ СЕТИ ПЕТРИ.
Введение
Сети Петри, являясь очень прозрачным и емким инструментом для создания моделей различных систем, в качестве моделей сложных систем с параллелизмом имеют единственный важный недостаток — «взрывообразный» рост пространства состояний, что существенно осложняет проверку свойств таких моделей. Сохранить практический смысл при моделировании сетями Петри сложных систем помогает теория компонентного моделирования — рассмотрение в качестве модели исследуемой системы компонентной сети Петри (СЖ-сети) [4]. Использование компонентного моделирования позволяет выделять в детальной сети Петри исследуемой системы, повторяющиеся одинаковые или однотипные участки (составные компоненты: компоненты-места Ср и компоненты-переходы С{) для получения и дальнейшего рассмотрения упрощенной сети Петри — СЖ-сети (компонентной модели), в которой проявляются сложные и неритмичные блоки, а исходные свойства детальной сети Петри исследуемой системы сохраняются неизменными [1,6].
Добавление временной характеристики в теорию компонентного моделирования представляется логичным следствием практико-ориентированного рассмотрения теории. Полученный формализм позволит перестраивать структурные свойства модели, с целью соблюдения временных свойств, или же исследовать временные параметры модели, для модели определенной структуры. Как следствие, становится возможным получение информации о поведении во времени исходной системы еще до транслирования ее модели в термины временных конечных автоматов, как предложено в [2, с.51]. А при транслировании модели в термины конечных автоматов, трудозатраты при языковом анализе и проверке свойств на модели существенно сократятся, в связи с уменьшенным объемом исходной модели[1]. В работе [3] разработаны определения временной компонентной сети Петри, отвечающие этапам и способам построения компонентной модели со временем (СЫ* — сети) и рассмотрены варианты возможных постановок задач, при построении временной компонентной модели, и особенности, возникающие при описании временных свойств отдельных компонент.
Дереза Алёна Владиславовна Аспирант КФУ им. В.И.Вернадского г.Симферополь
Целью данной статьи является: 1) демонстрация разработанных в [3] определений временной компонентной сети, для введения временной характеристики на всевозможных этапах создания модели; 2) описание выигрышных особенностей компонентного моделирования для систем со временем на примере моделирования работы железнодорожной станции.
Введение временных ограничений в компонентную сеть Петри.
В статье [6] в качестве примера компонентной сети Петри рассмотрена модель железнодорожного узла, состоящего из двух железнодорожных станций тупикового типа (для станций такого типа поезда прибывают и отправляются в одном направлении), и четырех проходных станций (для станций такого типа поезда могут прибывать и отправляться в противоположных направлениях). Рассмотрим процесс проектирования новой железнодорожной станции для такого узла и включения в её модель, представленной в виде компонентной сети Петри, временной характеристики.
Проектирование будет осуществляться для модели станции тупикового типа с одной входной колеёй, по которой поезда будут прибывать и отправляться, и тремя внутренними колеями. Первоначально, необходимо обеспечить работу семафора, регулирующего невозможность одновременного движения в конкурирующих направлениях (т.е. безопасность), а также выяснить время, требуемое для перегона по входному пути станции. Компонентная модель, соответствующая обозначенным особенностям, представлена на рисунке 1.
Для модели, представленной на рисунке 1, в место р± попадают фишки при движении поездов железнодорожного узла по направлению к данной станции. Переход описывает движение поездов по входной колее въезжающих в станцию, а £2 — покидающих её. Компонента-место Р2* описывает движение поездов внутри станции, состоящей из трех путей. В место р3 метка помещается, когда поезд уже покинул станцию. Фишка, находящаяся в месте р4, осуществляет роль семафора, поскольку делает невозможным срабатывание двух переходов одновременно.
