Mündəricat[Gizlət][Göstər]
Materiallar sadəcə çərçivə deyil, müasir elektronikanın can damarıdır.
Materialda edilən ən sadə dəyişiklik bizim qadcetlərimizin bu gün necə işlədiyini dəyişdirə bilər, onsuz yaşaya bilməyəcəyimiz cib telefonlarından tutmuş, hər gün insanların həyatını xilas edən ən müasir tibbi texnologiyaya qədər.
Müasir cihazların və maşınların geniş çeşidini nəzərdən keçirmək üçün bir dəqiqənizi ayırın. Superkeçiricilər və yarımkeçiricilər bu inkişafın mərkəzində olan iki ulduzdur.
Superkeçiricilər elektrik cərəyanını heç bir müqavimət göstərmədən keçirmə qabiliyyətinə görə ən müasir tətbiqlərdə görünməmiş qəhrəmanlardır.
Superkeçiricilər əvvəllər ağlasığmaz görünən yenilikləri, məsələn, həkimlərə insan bədənini görmə imkanı verən maqnit rezonans görüntüləmə (MRT) cihazları və heyrətamiz sürətlə “üzən” kimi görünən ən müasir Maglev qatarları kimi imkanlar yaradır.
Digər tərəfdən, yarımkeçiricilər - bizim əziz elektron cihazların beyinləri və bədəni - dünyaya baxış tərzimizi əsaslı şəkildə dəyişdirdi. Bunları hətta evinizi elektrik enerjisi ilə təmin edə bilən günəş panellərində, yəqin ki, oxuduğunuz kompüterdə və taxdığınız qol saatında tapmaq olar.
Sadəcə elmi maraq olmaqdan bizim əsası olmağa digital yaş, bu materiallar transformasiyaya məruz qalmışdır.
Superkeçiricilər və yarımkeçiricilər texnoloji cəhətdən inkişaf etmiş həyat tərzimizdə mühüm rol oynayır, lakin onlar iş rejimləri və ideal tətbiqləri ilə fərqlənirlər.
Bu bloqun məqsədi bu iki texnoloji behemotun fərqlərini, oxşarlıqlarını və hər birinin üstünlük təşkil etdiyi fərqli tətbiqləri araşdırmaq yolu ilə onların qapağını qaldırmaqdır.
Superkeçiriciləri Anlamaq
Kəşfiyyatımıza əvvəlcə superkeçiricilər dünyasını tədqiq etməklə başlayaq. Tez-tez təsəvvür etdiyimiz şeylərin sərhədlərini itələyən xüsusiyyətləri ilə bu materiallar elmi səhnənin ən heyrətamiz aktyorları sırasındadır.
Superkeçiricinin ən cəlbedici tərəfi hansıdır? heç bir müqavimətlə qarşılaşmadan elektrik cərəyanını keçirmə qabiliyyəti. Bəli, düzgün oxudunuz - SIFIR müqavimət var.
Bu xüsusiyyət, müqavimət və enerji itkisinin keçiricilik prosesinin ayrılmaz hissəsi olduğu ənənəvi keçiricilərdən gözlədiyimiz şeylərə ziddir.
Ancaq super keçirici bunu necə bacara bilər? Bunu dərk etmək üçün kvant fizikası dünyasına dalırıq.
Bütün bunlar səpilmə və ya enerji itirmədən superkeçirici materialın qəfəs strukturundan keçən “Kuper cütləri”nin – əks xüsusiyyətlərə malik elektron cütlərinin yaradılması ətrafında fırlanır.
Bu sıfır elektrik müqaviməti fenomeni mövcud sistemlərimizə təsir edən enerji itkiləri olmadan enerjini effektiv şəkildə ötürməyə imkan verir.
Meissner effekti
Sıfır müqavimət super keçiricinin maraqlı xüsusiyyətlərindən yalnız biridir. Superkeçiricinin maqnit sahələrini rədd etməsinə səbəb olan Meissner effekti başqa bir fərqli xüsusiyyətdir.
Materialda mövcud olan hər hansı bir maqnit sahələri, o, superkeçirici olduqda birdən-birə yox olur; bu fenomen "mükəmməl diamaqnetizm" kimi tanınır.
Nəticə? Bir maqnit, Meissner Effektinin nəhəng təsirinin heyrətamiz əyani sübutu olan superkeçiricinin üstündən qalxmaq üçün edilə bilər.
Tip I və II Tip Superkeçiricilər
Bütün tətbiqlərə uyğun olan bir növ superkeçirici yoxdur. Onlar Tip I və Tip II növlərdə mövcuddur.
Çox aşağı temperaturda superkeçirici vəziyyətinə keçən təmiz metallar və ya metaloidlər I tip superkeçiricilərdir.
Onların normal və fövqəlkeçirici vəziyyətləri bir-birindən aydın şəkildə ayrılır, sonuncular yalnız müəyyən həddən aşağı temperatur və maqnit sahəsində aktiv olurlar.
Əksinə, Tip II superkeçiricilər adətən mürəkkəb keramika və ya metal ərintilərindən hazırlanır.
Onlar daha böyük kritik temperaturlarda və maqnit sahələrində superkeçiriciliyi saxlaya bilmələri ilə fərqlənirlər ki, bu da mümkün praktiki istifadə diapazonunu artırır.
Qeyd edək ki, II tip superkeçiricilər də superkeçirici və normal sahələrin birlikdə mövcud ola biləcəyi qarışıq bir vəziyyət nümayiş etdirirlər.
Yarımkeçirici anlayışı
İndi biz superkeçiricilərin həqiqətən heyrətamiz dünyasından yarımkeçiricilər dünyasına keçirik.
Yarımkeçiricilər müasir rəqəmsal dövrümüzü idarə edən səssiz işçi qüvvələrdir, lakin onların super keçirici həmkarları kimi vizual olaraq cəlbedici deyillər.
Yarımkeçiricilərin xarakterik xüsusiyyəti nədir? Elektron cihazlarda istifadə olunmaq üçün onlar elektrik cərəyanına dəyişən müqavimət göstərmək qabiliyyətinə malik olmalıdırlar.
Müqaviməti tamamilə aradan qaldıran superkeçiricilərdən fərqli olaraq, yarımkeçiricilər vəziyyətdən asılı olaraq keçirici və izolyator ola bilər.
Onlar texnoloji dünyanın buqələmunu kimi davranaraq, şəraitdən asılı olaraq davranışlarını dəyişirlər.
Sıfır müqavimət qədər möhtəşəm görünməsə də, yarımkeçiriciləri elektrik cərəyanını tənzimləyən və idarə edən əsas funksiyaları üçün mükəmməl edən məhz bu xüsusiyyətdir.
Yarımkeçiricinin işi
Yarımkeçiricilərin necə fəaliyyət göstərdiyini anlamaq üçün onların atom quruluşunu araşdırmaq lazımdır. Yarımkeçiricinin mərkəzindəki hər bir atomu kənardan sərbəst bağlanmış elektronları olan atom qəfəsləri əhatə edir.
Bu elektronlar enerji səviyyələri arasında keçid etmək qabiliyyətinə malikdir və “bandalar” kimi tanınan şeyi yaradır.
Bu xarici elektronlar müəyyən şəraitdə öz atomlarından ayrılmaq potensialına malikdirlər və onların yerində müsbət “deşik” buraxırlar.
Yarımkeçiricilər bu sərbəst elektronların və dəliklərin hərəkətliliyinə görə elektrik cərəyanını keçirə bilirlər.
Bundan əlavə, dopinqlə - çirkləri əlavə etməklə - sərbəst elektronların və ya dəliklərin sayını dəyişə bilərik, beləliklə, yarımkeçiricinin keçiriciliyini tənzimləyirik.
Dəqiq manipulyasiya qabiliyyətinə görə yarımkeçiricilər elektronika sektorunun əsasını təşkil edir.
N tipli və P tipli yarımkeçiricilər
N tipli və P tipli yarımkeçiricilər tez-tez müzakirə olunan iki əsas növdür. Bunlar xassələrini dəyişmək üçün təmiz yarımkeçiricinin dopinq edilməsinin təsiridir; onlar fərqli materiallar deyil.
N-tipli yarımkeçiricilər istehsal etmək üçün daha çox sərbəst elektron təklif edən dopantlar əlavə edilir. Elektronların dəliklərdən çox olması onları “mənfi” edir.
Digər tərəfdən, P tipli yarımkeçiricilər "müsbət" təbiətə malikdirlər, çünki onlar sərbəst elektronlardan daha çox deşik əmələ gətirən maddələrlə aşqarlanırlar.
N tipli və P tipli yarımkeçiricilər birləşdirildikdə, diodların, tranzistorların və elektron cihazların digər mühüm elementlərinin istehsalı ilə nəticələnən qovşaq meydana gətirdikdə, heyrətamiz dinamika yaranır.
Superkeçiricilərin tətbiqi
Superkeçiricilər elm və yaradıcılığın ahəngdar birgə mövcudluğunu nümayiş etdirərək müasir texnologiyanın mürəkkəb dünyasında naviqasiya edərkən həqiqətən maraqlı istifadələr tapdılar.
Sıfır müqavimət kimi fərqli keyfiyyətləri onlara tibb, nəqliyyat və ən müasir hesablamalar daxil olmaqla sənayelərdə üstün olmağa imkan verib.
Magnetic Resonance Imaging (MRI)
İstənilən müasir tibb müəssisəsində dolaşsanız, maqnit rezonans görüntüləmə və ya MRT möcüzəsini tapa bilərsiniz. Bu vəziyyətdə super keçiricilər çox vacibdir.
Necə? Bədənin daxili strukturlarının yüksək dəqiqlikli şəkillərini yaratmaq üçün MRT avadanlığına güclü və sabit maqnit sahələri lazımdır.
Bu güclü maqnit sahələri yüksək enerji girişinə ehtiyacı və ya adi keçiricilərin yaratdığı potensial istiliyi rədd edən müqavimətsiz xüsusiyyətlərinə görə superkeçiricilərlə istehsal edilə bilər.
Superkeçiricilərin sakit işləməsinin köməyi ilə həkimlər indi xəstəlikləri heç vaxt mümkün olmayan dəqiqliklə müəyyən edə bilirlər.
Maqnetik Levitasiya Qatarları (Maglev)
Tibb müəssisələrinin dinc dəhlizlərindən sürətlə hərəkətli nəqliyyat dünyasına gedirik. Burada gələcək Maglev qatarları superkeçiricilər tərəfindən hərəkətə gətirilir.
Bu qatarlar digər qatarlar kimi deyil; üzürlər!
Maglev qatarları sürtünməni azaldır və relslərlə birbaşa təmas etmədən levitasiya və hərəkət yaratmaq üçün superkeçiricilərdən istifadə edərək heyrətamiz sürətlərə imkan verir.
Bu qatarlar sadəcə olaraq mühəndislik ustalığının nümayişi deyil, gediş-gəlişin havada üzmək kimi hiss oluna biləcəyi gələcəyə nəzər salır.
Kvant kompüterləri
Hesablamanın sərhədləri irəliyə doğru itələnir kvant kompüterlər, emal qabiliyyəti haqqında düşüncələrimizi əsaslı şəkildə dəyişdirməyi vəd edir.
Bu cihazların nüvələrinə nə güc verir? Düzdür, super keçiricilər.
Bu maddələr eyni anda bir neçə dövlətdə mövcud ola bilən bitlərin kvant ekvivalenti olan qubitlərin istehsalına imkan verir.
Nəticə etibarilə, sənaye standartlarından on dəfə tez hesablamalar nəzəri cəhətdən mümkündür.
Bu kubitlər, super keçiricilər sayəsində onların işinə xələl gətirəcək pozulmadan, sabit bir mühitdə işləyirlər.
Yarımkeçiricilərin tətbiqi
Yarımkeçiricilər texnoloji möcüzələrin parçasında görünməyən qəhrəmanlar kimi seçilirlər.
Onlar elektrik cərəyanlarını idarə etmək imkanları sayəsində həyatımızın demək olar ki, hər sahəsinə təsir edən texnologiyalar təqdim ediblər.
Yarımkeçiricilər, sifarişlərimizi emal edən maşınlardan tutmuş günəş enerjisini ələ keçirməyə və ətrafımızı canlı rənglərlə işıqlandırmağa qədər hər şeyi gücləndirərək, həqiqətən transformasiyaedicidir.
Mikroprosessorlar və mikrokontrollerlər
Demək olar ki, bütün müasir elektron cihazların rəqəmsal beyni kimi xidmət edən mikroprosessoru araşdırmaqla başlayaq.
Mikroprosessorlar yarımkeçiricilər sayəsində inanılmaz sürətlə böyük həcmdə məlumatları emal edən sistemin beyni rolunu oynayır.
Mikroprosessorun yaxın qohumları olan mikrokontrollerlər daxili sistemlərdə müəyyən funksiyalar üçün nəzərdə tutulmuşdur və paltaryuyan maşınlar, uzaqdan idarəetmə vasitələri və hətta avtomobillərimiz kimi cihazlarda proseslərə tez-tez nəzarət edir.
Yarımkeçiricilər olmadan təbii hesab etdiyimiz sürətli və effektiv hesablamalar mümkün olmazdı.
Günəş Hüceyrələri
Ötürücüləri dəyişdirən yarımkeçiricilər öz evlərini günəşdə, sözün əsl mənasında, günəş hüceyrələrində tapdılar. Günəş işığını enerjiyə çevirmək üçün günəş panellərinin tikinti bloku olan fotovoltaik hüceyrələr yarımkeçirici xüsusiyyətlərə etibar edirlər.
Günəşdən gələn fotonlar yarımkeçirici materiala dəyib onun içindəki elektronları həyəcanlandırdıqda elektrik cərəyanı yaranır.
Yarımkeçiricilər bu təmiz, bərpa olunan enerji mənbəyinin mərkəzində dayanır və texnologiyadan asılı həyat tərzimiz və ətraf mühitə uyğun həllər arasında körpü yaradır.
LEDlər və lazerlər
Yarımkeçiricilərin uyğunlaşma qabiliyyəti həyatımızı fiziki və məcazi cəhətdən işıqlandıran LEDlər və lazerlərlə daha da nümayiş etdirilir.
İşıqlandırma rənglərin göy qurşağı yarada bilən davamlı, enerjiyə qənaət edən işıq mənbələri təmin edən LED-lər tərəfindən dəyişdirilib.
Necə? Yarımkeçirici içərisində cərəyan keçdikdə LED müəyyən dalğa uzunluğunda işıq yaradır.
Əksinə, lazerlər yarımkeçiricilərdən istifadə edərək ardıcıl, istiqamətləndirilmiş işıq şüaları yaradır və barkod skanerlərindən tutmuş cərrahi prosedurlara qədər hər hansı bir işdə istifadə olunur.
Superkeçirici və yarımkeçirici
Yeni materialların mürəkkəb sahəsində danışıqlar apararkən superkeçiricilər və yarımkeçiricilər lider kimi fərqlənirlər. Hər biri bir çox texniki sahələrə təsir göstərən müstəsna keyfiyyətlərin unikal kombinasiyası ilə seçilir.
Yan-yana qoyulduqda, əslində necə müqayisə edirlər? Gəlin bu iki texnologiya nəhəngini qarşı-qarşıya müqayisə edək və onlar haqqında bəzi mifləri dağıtaq.
Keçiricilik və Müqavimət
Keçiricilik haqqında danışmağa başlayaq. Elektrik müqavimətinin tam olmaması səbəbindən superkeçiricilər bu sahənin krallarıdır.
Nəticədə, bir elektrik cərəyanı bir superkeçiricidən axmağa başladıqda, əlavə enerjiyə ehtiyac olmadan bunu etmək mümkün olmalıdır.
Digər tərəfdən, yarımkeçiricilər izolyatorlar və keçiricilər arasında ortada yerləşir.
Onlar superkeçiricilərin qüsursuz keçiriciliyinə malik olmasalar da, onların dalğalanan müqaviməti onları siqnalın gücləndirilməsi və işlənməsi kimi işlər üçün ən yaxşı seçim edən məhz budur.
Əməliyyat temperaturu
Bu materialların davranışı temperaturdan çox təsirlənir. Sıfır müqavimət sehrini nümayiş etdirmək üçün superkeçiricilər tərəfindən tez-tez kriogen şərait tələb olunur.
Digər tərəfdən, yarımkeçiricilər tez-tez ətraf mühitin temperaturunda işləyir və onları adi mühitə və avadanlıqlara daha uyğun edir.
Enerji Səmərəliliyi
Sürətlə dəyişən texnoloji mühitimizdə enerji səmərəliliyi əsas problemdir. İtkisiz keçiriciliyi ilə superkeçiricilər xüsusilə ağır yüklərdə və elektrik ötürücü tətbiqlərdə misilsiz enerji səmərəliliyi təklif edir.
Yarımkeçiricilər öz sahələrində enerjiyə qənaət edən LED-lər və effektiv mikroprosessorlar kimi enerjiyə qənaət edən həllər təklif edir, eyni zamanda xam keçiricilik baxımından daha az səmərəlidir.
İstehsal dəyəri və kommersiya məqsədəuyğunluğu
Hal-hazırda yarımkeçiricilər istehsal və kommersiya məqsədəuyğunluğu baxımından irəlidədir. Yarımkeçiricilərin əsas komponenti olan silisium geniş yayılmışdır və istehsalı çox ucuzdur.
Əksinə, bir çox superkeçiricilər bahalı və ya nadir materiallardan ibarətdir və onların həddindən artıq soyuq işləmə temperaturlarına ehtiyacı qiymətləri qaldıra bilər.
Bununla belə, yüksək temperaturlu superkeçiricilərin inkişafı tədqiqatların davam etdirilməsi məqsədidir və iqtisadi səmərəlilik baxımından oyun sahəsini bərabərləşdirə bilər.
Məhdudiyyətlər və Çağırışlar
Yarımkeçiricilər və superkeçiricilər ilə bağlı çətinliklər müqayisə edilə bilər. Superkeçiricilər üçün son dərəcə aşağı iş temperaturunun saxlanması heç vaxt bitməyən bir problemdir.
Superkeçiricilərin əksəriyyəti kövrək ola bilər və uzun, çevik naqillərə və ya kabellərə çevrilməsi çətin ola bilər.
Daha uyğunlaşsa da, yarımkeçiricilər miniatürləşdirmə məhdudiyyətlərinə yaxınlaşır və biz onları yeni hədlərə çatdırdıqca, kvant effektləri onların performansına təsir edə bilər.
Nəticə
Superkeçiricilərin və yarımkeçiricilərin dərin tədqiqini təkrarlayaraq, aydın olur ki, hər iki maddə texnoloji mənzərəmizin inkişafında mühüm rol oynayır.
Tənzimlənən keçiriciliyi ilə yarımkeçiricilər çoxsaylı gadgetların rəqəmsal ürək döyüntüsünü gücləndirir, superkeçiricilər isə heyrətamiz sıfır müqavimət imkanları ilə yüksək səmərəli tətbiqlərdə göz qamaşdırır.
Bu ikisi, mənim fikrimcə, sadəcə texnologiya alətləri deyil; onlar bizim gələcəyimizin memarlarıdır, yaşamaq, işləmək və oynamaq tərzimizdə inqilab edəcək ideyalar yaradırlar.
Onlar yeni kompüter innovasiyalarından tutmuş dayanıqlı enerji həllərinə qədər geniş imkanlar yaradır. Maraqlı oxucular sadəcə müşahidə etməkdənsə, iştirak etməyə təşviq olunurlar.
Bu inkişaflara diqqət yetirin, çünki onlar planetimizi təkmilləşdirməyə davam edəcək yeni ideyaların simfoniyasını göstərir.
Superkeçiricilər və yarımkeçiricilər, şübhəsiz ki, gələcək həm problemlər, həm də imkanlar ilə gəldiyi üçün bu vədləri həyata keçirməkdə birinci yerdə olacaqlar.
Cavab yaz