Мазмұны[Жасыру][Көрсету]
Материалдар қазіргі заманғы электрониканың негізі емес, өмірлік қаны болып табылады.
Материалдағы ең қарапайым өзгеріс біздің гаджеттердің бүгінгі күні жұмыс істеу тәсілін түбегейлі өзгерте алады, біз онсыз өмір сүре алмайтын ұялы телефондардан бастап күнделікті өмірді сақтайтын озық медициналық технологияға дейін.
Қазіргі заманғы құрылғылар мен машиналардың кең ауқымын қарастыруға бір минут уақыт бөліңіз. Асқын өткізгіштер мен жартылай өткізгіштер осы әзірлемелердің орталығындағы екі жұлдыз болып табылады.
Асқын өткізгіштер электр тогын еш қарсылықсыз өткізу қабілетіне байланысты озық қолданбалардағы көрінбейтін кейіпкерлер болып табылады.
Асқын өткізгіштер дәрігерлерге адам ағзасын көруге мүмкіндік беретін магниттік-резонансты бейнелеу (МРТ) құрылғылары және таңғаларлық жылдамдықпен «қалқыған» ең озық Маглев пойыздары сияқты бұрын ойға келмейтін инновацияларға мүмкіндік береді.
Екінші жағынан, жартылай өткізгіштер - біздің қымбат электронды құрылғылардың миы мен денесі - біздің әлемге көзқарасымызды түбегейлі өзгертті. Оларды тіпті үйіңізді электр қуатымен қамтамасыз ете алатын күн панельдерінен, сіз оны оқып отырған компьютерден және сіз киетін қол сағатыңыздан табуға болады.
Жай ғана ғылыми қызығушылық болудан біздің ғылымның негізі болуға дейін сандық ғасыр, бұл материалдар трансформацияға ұшырады.
Асқын өткізгіштер де, жартылай өткізгіштер де біздің технологиялық жетілдірілген өмір салтымызда маңызды рөл атқарады, бірақ олар жұмыс режимдері мен мінсіз қолданбаларында ерекшеленеді.
Бұл блог осы екі технологиялық бегемоттың айырмашылықтарын, ұқсастықтарын және әрқайсысы басым болатын ерекше қолданбаларды зерттеу арқылы олардың қақпағын көтеруге бағытталған.
Асқын өткізгіш туралы түсінік
Барлауымызды алдымен асқын өткізгіштер әлемін зерттеуден бастайық. Біз ойлайтын нәрселердің шекарасын жиі итермелейтін қасиеттері бар бұл материалдар ғылыми сахнадағы ең таңғажайып актерлер қатарына жатады.
Асқын өткізгіштің ең тартымды аспектісі қандай? ешқандай қарсылыққа тап болмай электр тогын өткізу қабілеті. Иә, сіз дұрыс оқыдыңыз - қарсылық НӨЛ.
Бұл сипаттама дәстүрлі өткізгіштерден күткен нәрсеге қайшы келеді, мұнда қарсылық пен энергияның жоғалуы өткізгіштік процесінің ажырамас бөлігі болып табылады.
Дегенмен, суперөткізгіш мұны қалай орындай алады? Мұны түсіну үшін біз кванттық физика әлеміне енеміз.
Мұның бәрі шашырамай немесе энергиясын жоғалтпай асқын өткізгіш материалдың тор құрылымы арқылы өтетін «Купер жұптарын» - қарама-қарсы сипаттамаларға ие электрондар жұптарын құрудың айналасында айналады.
Бұл нөлдік электр кедергісі құбылысы қазіргі жүйелерімізге әсер ететін қуат жоғалтусыз энергияны тиімді тасымалдауға мүмкіндік береді.
Мейснер эффектісі
Нөлдік кедергі асқын өткізгіштің қызықты сипаттамаларының бірі ғана. Асқын өткізгіштің магнит өрістерін қабылдамауына әкелетін Мейснер эффектісі тағы бір ерекше қасиет болып табылады.
Материалда бар кез келген магнит өрістері ол асқын өткізгіш болған кезде кенеттен жоғалады; бұл құбылыс «мінсіз диамагнетизм» деп аталады.
Нәтиже? Магнитті суперөткізгіштен жоғары көтеру үшін жасауға болады, бұл Мейснер эффектінің орасан зор әсерінің керемет көрнекі дәлелі.
І және ІІ типті суперөткізгіштер
Барлық қолданбаларға сәйкес келетін суперөткізгіштердің бір түрі жоқ. Олар I және II типті сорттарда бар.
Өте төмен температурада асқын өткізгіштік күйіне өтетін таза металдар немесе металлоидтар І типті асқын өткізгіштерге жатады.
Олардың қалыпты және асқын өткізгіштік күйлері бір-бірінен анық ажыратылады, соңғылары белгілі бір шекті температура мен магнит өрісінен төмен ғана белсенді болады.
Керісінше, II типті асқын өткізгіштер әдетте күрделі керамикадан немесе металл қорытпаларынан жасалады.
Олар аса маңызды температурада және магнит өрісінде асқын өткізгіштікті сақтай алатындығымен ерекшеленеді, бұл мүмкін практикалық қолдану ауқымын арттырады.
Атап айтқанда, II типті асқын өткізгіштер сонымен қатар асқын өткізгіштік пен қалыпты аймақтар қатар өмір сүре алатын аралас күйді көрсетеді.
Жартылай өткізгіш туралы түсінік
Біз қазір асқын өткізгіштердің шынымен таңғажайып әлемінен жартылай өткізгіштер әлеміне көшеміз.
Жартылай өткізгіштер - біздің қазіргі цифрлық дәуірімізді басқаратын тыныш жұмыс күші, бірақ олардың асқын өткізгіш әріптестері сияқты көрнекі емес.
Жартылай өткізгіштердің анықтаушы ерекшелігі неде? Электрондық құрылғыларда пайдалану үшін олар электр тогына өзгермелі қарсылықты көрсету қабілетіне ие болуы керек.
Қарсылықты толығымен жоятын асқын өткізгіштерге қарағанда, жартылай өткізгіштер жағдайға байланысты өткізгіштер мен оқшаулағыштар арасында ауыса алады.
Олар технологиялық әлемнің хамелеонындай әрекет етіп, жағдайларға байланысты мінез-құлқын өзгертеді.
Ол нөлдік қарсылық сияқты керемет көрінбесе де, дәл осы қасиет жартылай өткізгіштерді электр тогын реттейтін және басқаратын негізгі қызметі үшін тамаша етеді.
Жартылай өткізгіштің жұмысы
Жартылай өткізгіштердің қалай жұмыс істейтінін түсіну үшін олардың атомдық құрылымын зерттеу керек. Жартылай өткізгіштің центріндегі әрбір атомды сыртқы электрондары еркін байланысқан атомдар торы қоршайды.
Бұл электрондар «жолақтар» деп аталатын нәрсені жасай отырып, энергия деңгейлері арасында ауысу мүмкіндігіне ие.
Бұл сыртқы электрондар белгілі бір жағдайларда атомдарынан бөлініп, орнында оң «тесік» қалдырады.
Жартылай өткізгіштер осы бос электрондар мен тесіктердің қозғалғыштығына байланысты электр тогын өткізуге қабілетті.
Сонымен қатар, қоспаларды қосу арқылы біз бос электрондар немесе саңылаулар санын өзгерте аламыз, осылайша жартылай өткізгіштің өткізгіштігін реттей аламыз.
Нақты айла-шарғы жасау қабілетіне байланысты жартылай өткізгіштер электроника секторының негізі болып табылады.
N-типті және П-типті жартылай өткізгіштер
N-типті және P-типті жартылай өткізгіштер жиі талқыланатын екі негізгі түр болып табылады. Бұл оның сипаттамаларын өзгерту үшін таза жартылай өткізгішті қоспалау әсерлері; олар бөлек материалдар емес.
N-типті жартылай өткізгіштерді алу үшін көбірек бос электрондарды ұсынатын қоспалар қосылады. Тесіктерге қарағанда электрондардың көп болуы оларды «теріс» етеді.
Екінші жағынан, P-типті жартылай өткізгіштер «оң» сипатқа ие, өйткені олар бос электрондарға қарағанда көбірек саңылаулар тудыратын заттармен легирленген.
N-типті және P-типті жартылай өткізгіштер қосылыс құру үшін біріктірілгенде, нәтижесінде диодтар, транзисторлар және электрондық құрылғылардың басқа маңызды элементтері шығарылады, керемет динамика пайда болады.
Асқын өткізгіштерді қолдану
Асқын өткізгіштер ғылым мен шығармашылықтың үйлесімді өмір сүруінің үлгісін көрсете отырып, заманауи технологияның күрделі әлемінде шарлау кезінде кейбір шынымен қызықты қолдануларды тапты.
Олардың нөлдік қарсылық сияқты ерекше қасиеттері медицина, көлік және алдыңғы қатарлы есептеулерді қоса алғанда, салаларда озық болуға мүмкіндік берді.
Магнитті резонансты томография (МРТ)
Кез келген заманауи медициналық мекемеге барсаңыз, магниттік-резонанстық томография немесе МРТ ғажайыптарын таба аласыз. Бұл жағдайда асқын өткізгіштер өте маңызды.
Қалай? Дененің ішкі құрылымдарының жоғары ажыратымдылықтағы суреттерін жасау үшін МРТ жабдығына күшті және тұрақты магнит өрістері қажет.
Бұл күшті магнит өрістері жоғары энергия енгізу қажеттілігін немесе кәдімгі өткізгіштер тудыратын ықтимал жылуды жоққа шығаратын кедергісіз қасиеттеріне байланысты асқын өткізгіштермен өндірілуі мүмкін.
Асқын өткізгіштердің тыныш жұмысының көмегімен дәрігерлер енді ауруларды бұрын-соңды болмаған дәлдікпен анықтай алады.
Магниттік левитация пойыздары (Маглев)
Біз медициналық мекемелердің тыныш дәліздерінен көліктің қарбалас әлеміне тез барамыз. Мұнда болашақ Маглев пойыздары асқын өткізгіштермен қозғалады.
Бұл пойыздар басқа пойыздарға ұқсамайды; олар жүзеді!
Маглев пойыздары үйкелісті азайтады және жолдармен тікелей байланыссыз левитация мен қозғалысты жасау үшін асқын өткізгіштерді пайдалану арқылы таңғаларлық жылдамдыққа мүмкіндік береді.
Бұл пойыздар инженерлік шеберліктің демонстрациясынан гөрі жол жүру әуеде қалқып жүргендей болатын болашаққа көзқарас береді.
Кванттық компьютерлер
Есептеудің шектері алға жылжуда кванттық компьютерлер, бұл өңдеу сыйымдылығы туралы ойымызды түбегейлі өзгертуге уәде береді.
Бұл құрылғылардың ядроларына не қуат береді? Дұрыс, асқын өткізгіштер.
Бұл заттар бір уақытта бірнеше күйде болуы мүмкін биттердің кванттық эквиваленті - кубиттерді өндіруге мүмкіндік береді.
Нәтижесінде салалық стандарттарға қарағанда он есе жылдам есептеулер теориялық тұрғыдан мүмкін болады.
Бұл кубиттер суперөткізгіштердің арқасында олардың жұмысын нашарлататын үзілістерсіз тұрақты ортада жұмыс істейді.
Жартылай өткізгіштердің қолданылуы
Жартылай өткізгіштер технологиялық ғажайыптардың матасында көзге көрінбейтін қаһармандар ретінде ерекшеленеді.
Олар электр токтарын басқару қабілетінің арқасында өміріміздің барлық дерлік аспектілеріне әсер ететін технологияларды енгізді.
Жартылай өткізгіштер біздің тапсырыстарымызды өңдейтін машиналардан бастап күн энергиясын түсіруге және айналамызды жарқын түстермен жарықтандыруға дейін барлығын қуаттандыратын нағыз трансформациялық.
Микропроцессорлар және микроконтроллерлер
Барлық заманауи электронды гаджеттердің сандық миы ретінде қызмет ететін микропроцессорды зерттеуден бастайық.
Микропроцессорлар жүйенің миы ретінде қызмет етеді, жартылай өткізгіштердің арқасында үлкен көлемдегі деректерді керемет жылдамдықпен өңдейді.
Микропроцессордың жақын туыстары, микроконтроллерлер ендірілген жүйелердегі белгілі бір функцияларға арналған және кір жуғыш машиналар, қашықтан басқару құралдары және тіпті біздің автомобильдер сияқты құрылғылардағы процестерді жиі қадағалайды.
Біз жартылай өткізгіштерсіз жылдам және тиімді есептеулер мүмкін емес.
Күн ұяшықтары
Ауыстыру берілістері, жартылай өткізгіштер күн сәулесінен, сөзбе-сөз, күн батареяларында өз үйін тапты. Күн сәулесін энергияға айналдыру үшін фотоэлектрлік элементтер, күн панельдерінің құрылыс материалы жартылай өткізгіш сипаттамаларына сүйенеді.
Күннің фотондары жартылай өткізгіш материалға түсіп, оның ішіндегі электрондарды қоздырғанда электр тогы пайда болады.
Жартылай өткізгіштер осы таза, жаңартылатын энергия көзінің негізі болып табылады, олар біздің технологияға тәуелді өмір салты мен экологиялық таза шешімдер арасындағы алшақтықты жояды.
Жарықдиодтар және лазерлер
Жартылай өткізгіштердің бейімделгіштігі біздің өмірімізді физикалық және бейнелі түрде жарықтандыратын жарықдиодтар мен лазерлер арқылы одан әрі дәлелденеді.
Жарықтандыру түстердің кемпірқосағын жасай алатын берік, энергияны үнемдейтін жарық көздерін қамтамасыз ететін жарық диодтары арқылы өзгертілді.
Қалай? Жартылай өткiзгiштiң iшiндегi ток өткенде жарық диодты белгiлi бiр толқын ұзындығындағы жарық шығарады.
Керісінше, лазерлер жартылай өткізгіштердің көмегімен когерентті, бағытталған жарық шоқтарын жасайды және штрих-код сканерлерінен хирургиялық процедураларға дейін кез келген нәрседе қолданылады.
Асқын өткізгіш жартылай өткізгішке қарсы
Асқын өткізгіштер мен жартылай өткізгіштер жаңа материалдардың күрделі саласында келіссөздер жүргізген кезде көшбасшылар ретінде ерекшеленеді. Олардың әрқайсысы көптеген техникалық салаларға әсер ететін ерекше қасиеттердің бірегей үйлесімімен ерекшеленеді.
Қатар қойғанда, олар шын мәнінде қалай салыстырылады? Осы екі технология алпауыттарын бір-бірімен салыстырып, олар туралы кейбір мифтерді жоққа шығарайық.
Өткізгіштік және қарсылық
Өткізгіштік туралы айтудан бастайық. Электр кедергілерінің толық болмауына байланысты асқын өткізгіштер осы өрістің патшасы болып табылады.
Нәтижесінде, электр тогы асқын өткізгіш арқылы өте бастағаннан кейін, оны одан әрі энергияны қажет етпей орындауға мүмкіндік болуы керек.
Екінші жағынан, жартылай өткізгіштер оқшаулағыштар мен өткізгіштердің ортасында жатыр.
Оларда асқын өткізгіштердің мінсіз өткізгіштігі болмаса да, олардың өзгермелі кедергісі сигналды күшейту және өңдеу сияқты жұмыстар үшін ең жақсы таңдау жасайды.
Жұмыс температурасы
Бұл материалдардың әрекетіне температура үлкен әсер етеді. Асқын өткізгіштер өздерінің нөлдік қарсылық сиқырын көрсету үшін криогендік жағдайларды жиі талап етеді.
Екінші жағынан, жартылай өткізгіштер көбінесе қоршаған орта температурасында жұмыс істейді, бұл оларды қарапайым қоршаған орта мен жабдыққа қолайлы етеді.
Энергия тиімділігі
Біздің жылдам өзгеретін технологиялық ортамызда энергия тиімділігін арттыру басты мәселе болып табылады. Өткізгіштігі жоғалтпайтындықтан, суперөткізгіштер, әсіресе ауыр жүкті және электр қуатын беру қолданбаларында теңдесі жоқ энергия тиімділігін ұсынады.
Жартылай өткізгіштер өз саласында энергияны үнемдейтін жарықдиодтар мен тиімді микропроцессорлар сияқты энергияны үнемдейтін шешімдерді ұсынады, сонымен бірге шикі өткізгіштік тұрғысынан тиімділігі төмен.
Өндіріс құны және коммерциялық орындылығы
Қазіргі уақытта жартылай өткізгіштер өндірістік және коммерциялық мақсатқа сәйкестігі жағынан алда. Жартылай өткізгіштердің негізгі құрамдас бөлігі кремний кеңінен қол жетімді және оны өндіру өте арзан.
Керісінше, көптеген асқын өткізгіштер қымбат немесе сирек материалдардан тұрады және олардың өте суық жұмыс температурасына деген қажеттілігі бағаны көтеруі мүмкін.
Дегенмен, жоғары температуралы асқын өткізгіштерді дамыту зерттеуді жалғастыру мақсаты болып табылады және экономикалық өміршеңдік тұрғысынан ойын өрісін теңестіре алады.
Шектеулер мен қиындықтар
Жартылай өткізгіштер мен асқын өткізгіштермен қиындықтар салыстырмалы. Асқын өткізгіштер үшін өте төмен жұмыс температурасын сақтау - бұл бітпейтін мәселе.
Асқын өткізгіштердің көпшілігі нәзік және ұзын, икемді сымдарға немесе кабельдерге айналуы қиын болуы мүмкін.
Неғұрлым бейімделгенімен, жартылай өткізгіштер миниатюризация шектеулеріне жақындап келеді және біз оларды жаңа шектерге итермелейтін болсақ, кванттық әсерлер олардың өнімділігіне әсер етуі мүмкін.
қорытынды
Асқын өткізгіштер мен жартылай өткізгіштерді терең зерттегенімізді қайталайтын болсақ, екі заттың да біздің технологиялық ландшафтымызды дамытуда маңызды рөл атқаратыны анық.
Жартылай өткізгіштер реттелетін өткізгіштігімен көптеген гаджеттердің сандық жүрек соғуын қуаттайды, ал суперөткізгіштер нөлдік қарсылықтағы таңғажайып мүмкіндіктерімен жоғары тиімді қолданбаларда таң қалдырады.
Бұл екеуі, менің ойымша, тек технология құралдары емес; олар біздің өмір сүру, жұмыс істеу және ойын ойнау жолында төңкеріс жасайтын идеяларды жасайтын біздің болашағымыздың сәулетшілері.
Олар компьютерлік инновациялардан бастап тұрақты энергетикалық шешімдерге дейін кең мүмкіндіктер жасайды. Ізденімпаз оқырмандарды жай ғана бақылап қана қоймай, қатысуға шақырады.
Бұл оқиғаларды қадағалаңыз, өйткені олар біздің планетамызды жақсартуды жалғастыратын жаңа идеялардың симфониясын көрсетеді.
Асқын өткізгіштер мен жартылай өткізгіштер бұл уәделерді орындаудың алдыңғы қатарында болатыны сөзсіз, өйткені болашақ проблемалармен де, мүмкіндіктермен де келеді.
пікір қалдыру