ზეგამტარობა

მაგნიტი ლევიტირებს ზეგამტარის თავზე

მაგნიტური ლევიტაციის დემონსტრირება

მაღალტემპერატურული ზეგამტარი ლევიტირებს მაგნიტზე

ზეგამტარობა — მოვლენა, როდესაც გამტარის ელექტრული წინაღობა ნული ხდება და გამტარიდან სრულიად გამოიდევნება მაგნიტური ველი, როდესაც ზეგამტარის ნიმუშს გააცივებთ კრიტულ ტემპერატურამდე. ეს მოვლენა 1911 წელს ჰოლანდილმა ფიზიკოსმა ჰეიკე კამერლინგ-ონესმა აღმოაჩინა. ზეგამტარობა არის კვანტური მოვლენა და კლასიკური ფიზიკით ვერ აიხსნება. მისი ერთ-ერთი დამახასიათებელი მოვლენაა მეისნერის ეფექტი რაც ზეგამტარს განასხვავბს "იდეალური გამტარისგან".

მეტალის ელექტრული წინაღობა მცირდება ტემპერატურის შემცირებასთან ერთად. მაგრამ ეს შემცირება შემოსაზღვრულია კრისტალის დეფექტებისა და მინარევების გამო, რაც ქმნის დამატებით, არატემპერატურაზე-დამოკიდებულ წინაღობას. ზეგამტარ ნივთიერებებში კი გარკვეული ტემპერატურის ქვემოთ წინაღობა ეცემა ნულზე. მაგალითად, თუ ზეგამტარ რგოლში გავატარებთ დენს, ეს დენი იარსებებს უსასრულოდ, დიდი ხნის განმავლობაში, დამატებითი წყაროს გარეშე.^{[1][2][3][4][5]}

1986 წელს ზეგამტარობა აღმოაჩინეს კუპრატებშიც - კერამიკულ მასალებში, რომელთაც მაღალი კრიტიკული ტემპერატურა ახასიათებთ.^[6] ასეთი კრიტკული ტემპერატურები ვერ იხსნება ე.წ. კლასიკური ზეგამტარების თეორიით, ამიტომ მათ მაღალტემპერატურული ზეგამტარები ეწოდებათ.

2008 წლის თებერვალში აღმოაჩინეს ზეგამტარი მასალების ახალი კლასი — რკინაზე დაფუძნებული ზეგამტარები.^[7]

2014 წელს წყალბადის სულფიდის (H₂S) ძალიან მაღალი წნევის ქვეშ (150 გიგაპასკალი) მოთავსებისას ზეგამტარობის გადასვლის ტემპერატურა 80 კელვინი აღოჩნდა.^[8] 2019 წელს აღმოაჩნეს, რომ 170 გეგაპასკალ წნევაზე ლანთანის ჰიდრიდი (LaH₁₀) ზეგამტარი გახდა თითქმის ოთახის ტემპერატურაზე, 250 კელვინზე.^[9]

კლასიფიკაცია

არსებობს რამდენიმე კრიტერიუმი, რის მიხედვითაც ხდება ზეგამტარების კლასიფიკაცია. მათ შორის:

• ურთიერთქმედება მაგნიტურ ველთან: ზეგამტარი არის პირველი გვარის თუ მას აქვს ერთი კრიტკული ველი, რომლის ზემოთაც ზეგამტარობა ქრება. ხოლო თუ მას აქვს ორი კრიტიკული ველი, რომელთა შორისაც არსებობს ე.წ. შერეული ფაზა, ზეგამტარს ეწოდება მეორე გვარის.
• ზეგამტარობის მექანიზმი: კლასკური ზეგამტარები, რომლებიც ექვემდებარებიან ბკშ თეორიას და არა-კლასიკური ზეგამტარები, რომელთა მუშაობის მექანიზმი ჯერჯერობით უცნობია.
• კრიტიკული ტემპერატურა: ხშირად ზეგამტარებს ყოფენ მაღალ და დაბალტემპერატურულ ზეგამტარებად, იმის მიხედვით მისი კრიტიკული ტემპერატურა აზოტის დუღილის ტემპერატურზე მეტია თუ ნაკლები.
• ქიმიური შემადგენლობა: ზეგამტარი შეიძლება იყოს სუფთა მეტალები, შენადნობები, კერამიკები და სხვა.

ზეგამტარების თვისებები

ფიზიკური თვისებები, ისეთები როგრიცაა სითბოტევადება, კრიტკული ტემპერატურა, კრიტიკული ველი, კრიტიკული დენის სიმკვრივე და სხავ., განსხვავებულია თითოეული ზეგამტარისთვის. ამასთან, არის მახასიათბლები რაც ყველა ზეგამტარს აერთიანებს, მაგალითად ნულოვანი წინაღობა.

ნულოვანი ელექტრული წინაღობა

ელექტრული სადენები ცერნში. ორივე, მასიური და თხელი კაბელი განკუთვნილია 12,500 ამპერი დენისთვის. ზედა: ჩვეულებრივი სადენი; ქვედა:ზეგამტარული სადენი დიდი ადრონული კოლაიდერი

უმარტივესი მეთოდე ელექტრული წინაღობის გაზომვისა არის გამტარში გაატაროთ დენი და გაზომოთ ფაზათა სხვაობა მის თავსა და ბოლოში. წინაღობა კი დაითვლება ომის კანონიდან R = U / I. თუ ძაბვა ნულია ე.ი. წინაღობა ნულის ტოლია.

წინაღობის გაზომვა შესაძლებელია უკონტაქტოდაც - ზეგამტარ რგოლშ გავატაროთ დენი და გავზომოთ მის მიერ შექმნილი მაგნიტური ველი. თუ ველი შემცირდა, ე.ი. დენი შემცირდა, რაც ნიშნავს, რომ წინაღობა არაა ნულის ტოლი. ასეთი ხერხით მიღებული მუდმივი მაგნიტური ველის სიცოცხლისხანგრძლივობა თეორიულად დაითვალეს და აღმოჩნდა, რომ სამყაროს სიცოცხლის ხანგრძლივობაზე მეტია.^[3]

ჩვეულებრივ გამტარში, ელექტრული დენი შეიძლება წარმოვიდგინოთ როგორც ელექტრონების ნაკადი მძიმე იონების მესერში. ელექტრონები ეჯახებია იონებს რაც აკარგვინებთ ენერგია, ესაა ელექტრული წინაღობის წარმოქმნის მიზეზი.

ზეგამტარი სიტუაცია განსხვავებულადაა. კლასიკურ ზეგამტარებში, ელექტრონების ნაკადი არ შეიძლება განვიხილოთ როგორც ცალკეული ელექტრონების დენი, არამედ ისინი "წყვილდებიან" და წარმოქმნიან კუპერის წყვილებს ეს დაწყვილება ხდება ელექტრონების ფონონებთან ურთიერთქმედების ხარჯზე.კუპერის წყვილების ნაკადი კი როგორც ზედენადი სითხე, ისე მოძრაობს მესერში, აღარ გაიბნევა და წინაღობაც ნოლია.

ზეგამტარული ფაზური გადასვლა

სითბოტევადობის (c_v,ლურჯი) და წინაღობის (ρ,მწვანე) დამოკიდებულება ტემპერატურაზე ზეგამტარული ფაზური გადასვლის დროს

ზეგამტარულ მასალებში, ზეგამტარული თვისებები ჩნდება მაშინ, როდესაც, ტემპერატურა ნაკლებია კრიტიკულ ტემპერატურაზე T_c. კრიტიკული ტემპერატურა გასხვავებულია სხვადასხვა მასალებისთვის. კლასიკური ზეგამტარების კრიტიკული ტემპერატურა მერყეობს 20 K -დან 1 K-მდე. მაგალითად ვერცხლისწლის კრიტიკული ტემპერატურაა 4.2 K. კლასიკურ ზეგამტარებში დღემდე აღმოჩენილი უმაღლესი კრიტიკული ტემპერატურაა 39 K , რომელიც აქვს მაგნეზიუმ დიბორიდს (MgB₂),^[10][11] თუმცა ამ შენაერთს ახასიათებს უცნაური თვისებები რაც განსჯის საგანად ხდის საკითხს არის თუ არა კლასიკური ზეგამტარი^[12]

კუპრატებს უფრო მაღალი კრიტიკული ტემპერატურა ახასიათებს, მაგალითად YBa₂Cu₃O₇, ერთ-ერთ პირველად აღმოჩენლი ზეგამტარს კუპრატებიდან, აქვს 92 K, კრიტიკული ტემპერატურა. ვერცხლისწყალზე დაფუძნებულ კუპრატებში ნაპოვნი იქნა 130 K კრიტიკული ტემპერატურა. ასეთი მაღალი კრიტიკული ტემპერატურების არსებობა ჯერჯერობით აუხსნელია. ელექტრონების ფონონონების მიერ დაწყვილებით იხსნება კლასკური ზეგამტარობა, მაგრამ ასეთი მაღალი ტემპერატურების ახსნა ამ მექანიზმით შეუძლებელია.

სქოლიო

1. Bardeen, John; Cooper, Leon; Schriffer, J. R. (December 1, 1957). „Theory of Superconductivity“. Physical Review. 8 (5): 1178. doi:10.1103/physrev.108.1175. ციტირების თარიღი: June 6, 2014. reprinted in Nikolaĭ Nikolaevich Bogoliubov (1963) The Theory of Superconductivity, Vol. 4, CRC Press, ISBN 0677000804, p. 73
2. Daintith, John (2009) The Facts on File Dictionary of Physics, 4, Infobase Publishing, გვ. 238. ISBN 1438109490. 
3. ↑ John C. Gallop (1990). SQUIDS, the Josephson Effects and Superconducting Electronics. CRC Press, გვ. 3, 20. ISBN 0-7503-0051-5. 
4. Neeraj, Mehta (2011) Applied Physics for Engineers. PHI Learning Private Ltd., გვ. 930–931. ISBN 8120342429. 
5. Durrant, Alan (2000) Quantum Physics of Matter. CRC Press, გვ. 102–103. ISBN 0750307218. 
6. J. G. Bednorz and K. A. Müller (1986). „Possible high T_c superconductivity in the Ba−La−Cu−O system“. Z. Physik, B. 64 (1): 189–193. Bibcode:1986ZPhyB..64..189B. doi:10.1007/BF01303701.
7. Takahashi, Hiroki; Igawa, Kazumi; Arii, Kazunobu; Kamihara, Yoichi; Hirano, Masahiro; Hosono, Hideo (1 მაისი, 2008). „Superconductivity at 43K in an iron-based layered compound LaO1-xFxFeAs“. Nature. 453: 376–378. doi:10.1038/nature06972. ISSN 0028-0836. ციტირების თარიღი: 3 აპრილი, 2021.
8. Li, Yinwei; Hao, Jian; Liu, Hanyu; Li, Yanling; Ma, Yanming (1 მაისი, 2014). „The metallization and superconductivity of dense hydrogen sulfide“. Journal of Chemical Physics. 140: 174712. doi:10.1063/1.4874158. ISSN 0301-0104. ციტირების თარიღი: 3 აპრილი, 2021.
9. Drozdov, A. P.; Kong, P. P.; Minkov, V. S.; Besedin, S. P.; Kuzovnikov, M. A.; Mozaffari, S.; Balicas, L.; Balakirev, F. F.; Graf, D. E.; Prakapenka, V. B.; Greenberg, E.; Knyazev, D. A.; Tkacz, M.; Eremets, M. I. (მაისი, 2019). „Superconductivity at 250 K in lanthanum hydride under high pressures“. Nature (ინგლისური). 569 (7757): 528–531. doi:10.1038/s41586-019-1201-8. ISSN 1476-4687. ციტირების თარიღი: 3 აპრილი, 2021.
10. Jun Nagamatsu, Norimasa Nakagawa, Takahiro Muranaka, Yuji Zenitani and Jun Akimitsu (2001). „Superconductivity at 39 K in magnesium diboride“. Nature. 410 (6824): 63–4. Bibcode:2001Natur.410...63N. doi:10.1038/35065039. PMID 11242039.
11. Paul Preuss (14 August 2002). „A most unusual superconductor and how it works: first-principles calculation explains the strange behavior of magnesium diboride“. Research News. Lawrence Berkeley National Laboratory. დაარქივებულია ორიგინალიდან — 2012-07-03. ციტირების თარიღი: 2009-10-28.
12. Hamish Johnston (17 February 2009). „Type-1.5 superconductor shows its stripes“. Physics World. Institute of Physics. დაარქივებულია ორიგინალიდან — 2011-11-09. ციტირების თარიღი: 2009-10-28.