شرح خبر

محدود شدن میدان مغناطیسی درون یک حلقه ابررسانا به مقادیر گسسته‌ای، در سال 1961، تایید شد بطوری که جفت بودن الکترون‌های ابررسانایی را مورد تایید قرار داد.


"APS تصمیم گرفته است که از بایگانی مقالات خود در Physical Review  بعضی از مقالات مهم قدیمی را بازخوانی کنید."

در سال 1961 دو آزمایش گزارش شدند که به موجب آنها میدان مغناطیسی درون یک استوانه توخالی از ابررسانا، کوانتیزه شده بود. به عبارتی میدان مغناطیسی تنها می‌توانست در مقادیر گسسته‌ای وجود داشته باشد که این مقادیر متناسب با یک واحد شار مغناطیسی جهان شمول هستند. این یافته در تایید پیش‌بینی انجام شده در یک دهه قبل انجام شد، بجز اینکه واحد شار کنونی نصف پیش بینی قبلی بود. اگرچه محاسبات نظری بیشتر نشان داد که وجود این تفاوت می‌توند ایده جفت بودن الکترون‌های ابررسانایی را تقویت کند.



اندازه گیری شار مغناطیسی. دانشجوی تحصیلات تکمیلی بسکام دیور، سال 1961 - دانشگاه استنفورد، محفظه را باری دیگر از نیتروژن مایع پر نمود. این مرحله اساسی در رسیدن به حالت ابررسانایی در دمای هلیم مایع است. او و ویلیام فیربنک از این چیدمان به منظور نشان دادن کوانتیزه بودن میدان مغناطیسی عبور کننده از یک حلقه ابررسانا استفاده نمودند.


در کتابی که در سال 1950 به چاپ رسید، فریتز لوندن از دانشگاه لوک - کالیفرنیای شمالی، پیش از آنکه هر نظریه رضایت بخشی در مورد ابررسانایی وجود داشته باشد، بیان ساده‌ای از کوانتش شار مغناطیسی عبور کننده از یک حلقه ابررسانا ارایه می‌دهد. اگرالکترون‌های حامل جریان در یک ابررسانا، با یک تابع موج کوانتومی که بطور پیوسته‌ای پیرامون حلقه گسترده شده است توصیف شوند، در این صورت این تابع می‌بایست متناوب باشد. یافتن این قید توسط لوندن به این معناست که، میدان مغناطیسی القا شده توسط جریان ابررسانا در فضای داخلی حلقه می‌بایست کوانتیزه باشد. به پیش‌بینی او کوچکترین مقدار شار مغناطیسی، یا واحد جهانی ممکن، از جنس حاصلضرب ثابت پلانک در سرعت نور، تقسیم بر بار الکترون است: hc/e.

دراواخر دهه 1950، بسکام دیور دانشجوی تحصیلات تکمیلی به همراه ویلیام فیربنک از دانشگاه استنفورد کالیفرنیا در پی تایید این ادعا برخاستند. در این راستا به منظور داشتن یک حلقه ابررسانا، دیور لایه نازکی از قلع را بروی یک سیم مسی آبکاری کرد. دیور و فیربنک دو سیلندر متفاوت از قلع را امتحان کردند، بطوری که هر کدام حدود یک سانتی متر طول و دارای قطر داخلی 10 میکرومتر بودند.

با قراردادن آنها در یک میدان مغناطیسی و خنک کردنشان تا دماهای کمتر از 3.7 درجه کلوین، لایه قلع ابررسانا می‌شود. محققان سپس میدان مغناطیسی را خاموش کردند. برای اندازه‌گیری هر شار مفناطیسی باقی مانده محصور درون سیلندر، آنها شروع به مرتعش کردن دوره‌ای آن در 100 هرتز کردند و از این طریق سیگنال الکتریکی تولید شده در سیم پیچ‌های مجاور را اندازه گیری نمودند. آنها در یافتند که شار درون سیلندر به طور پله‌ای با افزایش قدرت میدان اعمالی اولیه شروع به رشد می‌کند. اگرچه ارتفاع هر پله نصف واحد شار بینی شده توسط لوندن بود.

مستقل از دیور و فیربنک دو محقق در آلمان آزمایش مشابهی را طراحی و اجرا کردند که همان نتیجه را بهمراه داشت بطوری که گزارش یافته‌شان را در فیزیکال ریویو لترز به چاپ رساندند. روبرت دال و مارتین نابیر از آکادمی علوم و انجمن تحقیقات در دماهای پایین باواریا با لانه نشانی سرب بروی فیبری از جنس کوارتز، استوانه نازکی از ابررسانا ساختند. آنها شار مغناطیسی بدام افتاده را از طریق معلق ساختن سیلندر و حرکت آن به جلو و عقب، در یک میدان مغناطیسی متناوب با مقدار نامعلوم، اندازه گیری کردند. به بیان دیور ،استاد بازنشسته در دانشگاه ویرجینیا، "داده‌های آنها کمی واضحتر می‌نمود" ولی هر دو آزمایش کوانتش شار را مورد تایید قرار می‌داد.

به بیان دیور همچنان که آزمایش آنها در حال پیشرفت بود، فیربنک نظر تعدادی از محققین فیزیک تئوری را در مورد پیش بینی نتیجه پرس وجو نمود. از میان آنها تنها لارس اونزاگر از دانشگاه ییل جواب درست را ارایه کرد. به بیان او اگر جریان در یک ابررسانا توسط جفت‌های الکترونی حمل شود، در شار کوانتومی لاندن، hc/e ، بار الکترون می‌بایست با دو برابرش جایگزین شود بطوری که شار کوانتومی برابر با hc/2e می‌شود. نقش جفت شدگی‌های الکترونی به احتمال زیادی در سال 1957 و توسط نظریه ابررسانایی باردین، کوپر و شریفر BCS اثبات شده است. با این حال پدیده جفت شدگی همچنان تازگی دارد و نظریه پردازان در حال تحقیق بروی سایر ابعاد برجسته آن هستند.

به علاوه دیور و فیربنک با فیزیکدانان نظری، نینا بایرز از دانشگاه استنفورد و C. N. Yang از دانشگاه پرینستون مشورت کردند. بایزر و یانگ به بررسی پیشرفته‌تری از بیان لوندن پرداختند و وجود ضریب 2 را تایید کردند، در ادامه نشان دادند که حضور این ضریب ‌می‌تواند تاییدی در راستای جفت شدن الکترونی باشد. اونزاگر یادداشت کوتاهی در مورد همان اثر نوشت و هر دو تحلیل نظری در همان موضوع و در خلال دو پیش بینی تجربی در مجله فیزیکال ریوو لترز به چاپ رسیدند.

به بیان فیلیپ اندرسون از دانشگاه استنفورد، مقاله انزاگر نظریه BCS را بیان نمی‌کند و "بطور گمراه کننده‌ای" جفت شدگی الکترونی را به نظریه پیشتری منسوب می‌کند. با این حال بیشتر آنهایی که در مورد نظریه BCS در حال مطالعه بودند، خیلی زود ارتباط بین نتایج تجربی جدید و جفت شدگی الکترونی در BCS را پذیرفتند.

منبع :

Superconductor Quantizes Magnetic Filed

مرجع :

Experimental Proof of Magnetic Flux Quantization in a Superconducting Ring




نویسنده خبر: امیرحسین طالبی
کد خبر :‌ 1893

آمار بازدید: ۲۳۳
همرسانی این خبر را با دوستان‌تان به اشتراک بگذارید:
«استفاده از اخبار انجمن فیزیک ایران و انتشار آنها، به شرط
ارجاع دقیق و مناسب به خبرنامه‌ی انجمن بلا مانع است.»‌


صفحه انجمن فیزیک ایران را دنبال کنید




حامیان انجمن فیزیک ایران   (به حامیان انجمن بپیوندید)
  • پژوهشگاه دانش‌های بنیادی
  • دانشگاه صنعتی شریف
  • دانشکده فیزیک دانشگاه تهران

کلیه حقوق مربوط به محتویات این سایت محفوظ و متعلق به انجمن فیریک ایران می‌باشد.
Server: Iran (45.82.138.40)

www.irandg.com