• ورود کاربران دانشگاهی

  • ثبت نام(مطالعه آنلاین پایان نامه ها)

  • سپندا

    کاربر مهمان
    پنجشنبه 2 آذر 1396| 54.146.50.80 :Your IP
    سامانه پایان نامه های دانشگاه اصفهان (سپندا)



    عنوان :
    ابر رسانایی در سیم های نانو در حضور میدان مغناطیسی
    انتشارات : دانشگاه اصفهان
    سال :1388
    زبان : Persian
    شماره سند : 6310
    موضوع :فیزیک گرایش ماده چگال
    پژوهشگر : رضا موسوی عسکری
    توصیفگر لاتین : Physics , Supercoriductor , Ginzburg- lundau theory , Magnetic field , Wire , Thermal fluctuations , Phase slip ,
    توصیفگر فارسی : فیزیک ? ماده چگال? ? ابر رسانا ? نظریه گینزبورگ- لانداو ? میدان مغناطیسی ? سیم ?فیزیک? ? افت و خیز گرمایی ? لغزش فاز ? ?
    دانشکده : دانشکده علوم، گروه فیزیک
    مقطع : کارشناسی ارشد

    استاد راهنما : دکتر محمدعلی شاهزمانیان
    استاد مشاور :
    سال دفاع : 1388
    شماره رکورد : 6310
    شماره راهنما : PHY2 288
    فهرست : فهرست مطالب
    عنوان صفحه

    فصل اول: خواص کلی و ویژگی¬های ابررسانایی
    1-1 مقدمه 1
    1-2 مقاومت 2
    1-3 دمای بحرانی 3
    1-4 گاف انرژی 4
    1-5 انرژی چگالش 5
    1-6 اثر مایسنر- اکسنفلد 5
    1-7 خواص ترمودینامیکی 8
    1-8 طول همدوسی و انرژی سطحی 13
    1-9 معادلات لندن 17
    1-10 کوانتش شار مغناطیسی با استفاده از تعمیم کوانتومی معادلات لندن 22
    1-11 طبقه¬بندی ابررساناها 24
    1-12 جمع¬بندی 28



    فصل دوم: نظریه گینزبرگ-لانداؤ
    2-1 مقدمه 29
    2-2 نظریه گینزبرگ-لانداؤ برای گذار¬ فاز حجمی 30
    2-3 نظریه گینزبرگ-لانداؤ برای دستگاه¬های ناهمگن 35
    2-4 ابررساناهای سطحی 37
    2-5 نظریه گینزبرگ-لانداؤ در میدان مغناطیسی 39


    فصل سوم: نظریه BCS
    3-1 مقدمه 42
    3-2 برهم¬کنش الکترون-فونون 44
    عنوان صفحه


    3-3 جفت¬های کوپر 47
    3-4 تابع¬موجBCS 50
    3-5 هامیلتونی میدان متوسط 51
    3-6 گاف انرژی BCS و حالت¬های شبه ذره¬ای 54
    3-7 پراکندگی اندریف 57
    3-8 جمع¬بندی 58



    فصل چهارم: تعمیم نظریه لانگر و امبگاوکار
    4-1 مقدمه 59
    4-2 ابررسانایی ضعیف 60
    4-2-1 اثر جوزفسون DC 61
    4-2-2 اثر جوزفسون AC 62
    4-2-3 تداخل¬سنج¬های کوانتومی ابررسانشی(SQUIDs) 64
    4-3 ابررسانایی در یک بعد 69
    4-4 لغزش فاز 70
    4-5 نظریه لانگر و امبگاوکار(LA) 72
    4-5-1 افت¬و¬خیز¬ها و مقاومت 72
    4-5-2 سد انرژی-آزاد 77
    4-5-3 میدان مغناطیسی 87
    4-6 تعمیم نظریه 89


    فصل پنجم: نانو¬سیم¬های ابررسانا
    5-1 مقدمه 96
    5-2 کنش مؤثر 101

    عنوان صفحه


    5-2-1 فرمول¬بندی کلی 101
    5-2-2 نظریه اختلال 103
    5-2-3 افت¬و¬خیز¬های گاوسی در ابررساناهای آلوده 108
    5-3 نانوسیم¬های ابررسانا 109
    5-3-1 سیم¬های فلزی نازک 109
    5-3-2 مد¬های انتشاری 109
    5-4 نظریه لغزش¬های فاز کوانتومی در نانو¬سیم¬های ابررسانا 113
    5-4-1 کنش QPS 114
    5-4-2 آهنگ QPS 115
    5-4-3 برهم¬کنش¬های QPS و گذار فاز کوانتومی 116
    5-5 نتیجه¬گیری 117



    منابع و مآخذ: 119





    چکیده :
    چکیده: پدیده ابررسانایی به عنوان افت ناگهانی مقاومت به¬مقدار بی¬اندازه کوچک (غیر قابل اندازه¬گیری)، کشف شد. با توسعه این مبحث، دریافتند که غالبا گذار فاز ابررسانایی، ناگهانی نیست و مقاومت اندازه¬گیری شده نمونه در نزدیکی دمای بحرانی ، می¬تواند پهنای متناهی داشته باشد. با توسعه فن¬آوری¬های ساخت، روشن شده است که حتی برای نمونه¬های بسیار همگن، گذار فاز ابررسانایی می¬تواند پهن شده باقی بماند. این اثر در نمونه¬های کپه¬ای معمولا خیلی کوچک است و در دستگاه¬های با ابعاد کاهش یافته، بیشتر مشخص می¬شود. دلیل فیزیکی بنیادی در پشت چنین پهن شدگی گذار، افت¬و¬خیزهای ابررسانایی است. نقش مهم افت¬و¬خیزها در ابعاد کاهش یافته به¬خوبی شناخته شده است. در بالای یک چنین افت¬و¬خیزهایی، موجب افزایش رسانش در دستگاه¬های فلزی می¬شوند. در زیر افت¬و¬خیزها موجب نابودی نظم بلند-برد در ابررساناهای با ابعاد پایین می-شوند. در نتیجه، به¬نظر می¬آید که رساناهای با ابعاد پایین، به¬دلیل اثرات افت¬و¬خیز فاز قوی، نمی¬توانند خصوصیت¬های ابررسانایی ارائه دهند. این نتیجه در برخی موارد درست نیست. برای مثال، در دماهای پایین، همدوسی فاز بلند برد، به¬طور ضروری در نمونه¬های با اندازه متناهی، باقی می¬ماند و در نتیجه فیلم¬های دو¬بعدی به¬خوبی می¬توانند خصوصیت¬های ابررسانایی را نشان دهند. لیتل اولین بار دریافت که سیم¬های شبه-یک بعدی ساخته شده از ماده ابررسانا، به¬علت سازوکار لغزش¬های فاز فعال شده گرمایی می¬توانند مقاومت متناهی در زیر دمای بحرانی از ماده کپه¬ای، به¬دست آورند. افت¬و¬خیزهای گرمایی باعث به¬وجود آمدن مقاومت غیر صفر، در سیم¬های ابررسانایی، حتی در زیر ، می-شوند. نظریه کمی لغزش¬های فاز فعال شده گرمایی، اولین بار توسط لانگر و امبرگاوکار پیشنهاد شد و سپس توسط مک¬کامبر و هالپرین کامل شد. نزدیک ، نتایج تجربی به¬طور کامل نتایج نظری را تایید می¬کنند. اما هم¬چنان¬که دما بیشتر از کاهش پیدا می-کند، تعداد لغزش¬های فاز فعال شده گرمایی در درون سیم به¬طور نمایی کاهش می¬یابد و دیگر نظریه لانگر، امبرگاوکار و مک-کامبر، هالپرین، مقاومت قابل اندازه¬گیری را برای سیم پیش-بینی نمی¬کند. در برخی دستگاه¬ها، این احتمال را می¬توان در نظر گرفت که لغزش¬های فاز نه تنها به علت افت¬و¬خیزهای گرمایی، بلکه در نتیجه افت¬و¬خیزهای کوانتومی پارامتر نظم ابررسانشی، رخ می¬دهند. تصویر فیزیکی لغزش¬های فاز کوانتومی، از لحاظ کیفی مشابه با مورد لغزش¬های فاز فعال شده گرمایی است به¬جز این¬که پارامتر نظم به علت فرایند تونل¬زنی کوانتومی، به¬طور مجازی کاهش پیدا می¬کند. با پیروی از بحث-های مکانیک کوانتومی متداول می¬توان انتظار داشت که در این-جا میدان پارامتر نظم به¬جای این¬که توسط فعال¬سازی گرمایی بر سد غلبه کند، از آن تونل می¬زند. بدیهی است که چنین فرایند تونل¬زنی می¬بایست تا ایستادگی کند، در نتیجه در نانو-سیم¬ها، ابررسانایی می¬تواند به¬وسیله افت¬و¬خیزهای کوانتومی، در هر دمایی حتی تا ، نابود شود. جیوردانو آزمایشاتی را انجام داد که مقاومت قابل اندازه¬گیری از سیم¬های ابررسانایی خیلی نازک را در دماهای بسیار پایین دمای بحرانی ، به وضوح نشان می¬داد. این مشاهدات نمی¬توانستند برطبق نظریه لغزش¬های فاز فعال شده گرمایی، به¬طور کافی تفسیر شوند و به نظریه لغزش¬های فاز کوانتومی نسبت داده شدند. در این پایان¬نامه هر دو مورد لغزش¬های فاز فعال شده گرمایی و لغزش¬های فاز کوانتومی, که اولی بر پایه نظریه لانگر، امبرگاوکار و مک¬کامبر، هالپرین و دومی بر پایه کنش مؤثر است را مورد تجزیه و تحلیل قرار می¬دهیم. در این مطالعه، خصوصیات نانوسیم¬های ابررسانا بررسی شده¬اند. نقش مهم افت¬و-خیز¬های گرمایی و کوانتومی پارامتر نظم و همچنین نقش لغزش-های فاز کوانتومی مطالعه شده¬اند. در ادامه، روش کنش مؤثر بررسی شده و معادلات حرکت نانو¬سیم¬های ابررسانا مورد مطالعه قرار گرفته است¬. در فصل چهارم، مطالعه ما بر مبنای تابع انرژی آزاد گینزبرگ-لانداؤ است. در این فصل ابتدا انرژی آزاد گینزبرگ-لانداؤ را بسط داده و سپس به مطالعه آثار این تغییر پرداخته¬ایم. بعلاوه، این مسئله را در رابطه با نانو سیم¬های ابررسانا بررسی کرده¬ایم. در نتیجه، چگالی جریان و مقدار بیشینه آن را در نانو¬سیم ابررسانا محاسبه کرده¬ایم. سپس نرخ افت¬و¬خیز¬ها را با مطالعه نرخ¬های گذار بین دو حالت مختلف به¬دست آورده¬ایم. آن-گاه اختلاف پتانسیل را محاسبه کرده و به¬وسیله آن مقاومت ابررسانا را بدست آورده¬ایم. در نهایت گذار مقاومتی را برای نانو¬سیم ابررسانا در حد جریان صفر، محاسبه کرده¬ایم. . کلید واژه¬ها: ابررسانایی, نانو¬سیم¬های ابررسانا، میدان مغناطیسی، افت¬و¬خیزهای گرمایی و کوانتومی، لغزش فاز.

    چکیده انگلیسی :
    Abstract The phenomenon of superconductivity was discovered as a sudden drop of resistance to a extremely small value. With developing the topic it was known that this drop of resistance is not sudden and it has a finite width near the critical temperature . Technological advancement revealed that even for the most homogeneous samples, the superconducting phase transition may remain broaden. This effect is usually very small in bulk samples and become more significant in systems with reduced dimensions. A main physical reason behind this phenomenon is superconducting fluctuations. Fluctuations have an important role in reduced dimensions. Above such fluctuations result in an enhanced conductivity of metallic systems. Below , fluctuations should destroy the long-range order in low dimensional superconductors. Therefore, because of strong phase fluctuation effects, it seems that low dimensional conductors can not exhibit superconducting properties. But this can not be considered as a reliable conclusion. Because it has been shown that in 2D structures, at low T, long range phase coherence survives in samples of a finite size and, hence, 2D films can exhibit superconducting properties. It was first indicated by Little that, due to thermally activated phase slips, quasi-1D wires made of a superconducting material can obtain a finite resistance below of a bulk material. Thermal fluctuations cause nonzero resistance of superconducting wires even below . A quantitative theory of thermally activated phase slip phenomenon was first proposed by Langer and Ambegaokar and then completed by McCumber and Halperin. Close to the experimental results fully confirm the theory. But as the temperature is lowered further below , the number of thermally activated phase slip inside the wire decrease exponentially and the Langer, Ambegaokar, McCumber and Halperin theory can not predicted any measurable wire resistance (except in the vicinity of ). In the samples with much smaller diameters down to-and even below-10nm, we can consider the possibility for phase slips to occur not only due to thermal fluctuations of the order parameter but also due to quantum fluctuation of the order parameter. The physical picture of quantum phase slippage is qualitatively similar to thermally activated phase slip except that, due to the process of quantum tunneling, the order parameter gets virtually suppressed. The order parameter now tunnels under the barrier rather than overcomes it by thermal activation. Since such a tunneling process should obviously persist down to , we can conclude that in nanowires superconductivity can be destroyed by quantum fluctuations at any temperature including . Therefore, such nanowires should exhibit a non-vanishing resistivity down to zero temperature. Giordano performed experiments which clearly demonstrated a significant resistivity of ultra-thin superconducting wires far below “. These observations could not be sufficiently explained by the thermally activated phase slip theory and were attributed to quantum phase slippage. Later other groups also reported noticeable deviations from the Langer, Ambegaokar, McCumber and Halperin theory in thin (quasi-)1D wires. In this work, we have studied properties of superconducting nanowires. we have researched the significant role played by thermal and quantum fluctuations of the order parameter and the role of quantum phase slips as well. we have studied the effective action and the equations of motion for a superconducting nanowire. In addition, we have studied the one dimensional plasma mode propagating along the wire and soundlike dispersion relation. In the chapter four, my study is based on the Ginzburg Landau free energy functional. In this part, first, we expanded the Ginzburg Landau free energy, and then we studied the effects of this change. In addition, we applied these effects on the superconducting nanowires and in this way we calculated the current density and its maximum value. In addition, we calculated the rate of fluctuations by studying the transition rates (between two states). we achieved the potential difference and by means of this we calculated a superconducting resistivity. Then we calculated the resistive transition for superconducting nanowire in the limit of zero current. Keywords: Superconductivity, Superconducting Nanowire, Magnetic Field, Thermal and Quantum Fluctuations, Phase Slip.


    کلید واژه ها :
    فیزیک ? ماده چگال? ? ابر رسانا ? نظریه گینزبورگ- لانداو ? میدان مغناطیسی ? سیم ?فیزیک? ? افت و خیز گرمایی ? لغزش فاز ? ?,Physics , Supercoriductor , Ginzburg- lundau theory , Magnetic field , Wire , Thermal fluctuations , Phase slip ,

    1388
    0

    صفحه اول : University of Isfahan Faculty of Science Department of Physics M.Sc. Thesis Superconductivity in Nanowires in the Presence of a Magnetic Field Suprevisor: Dr. Mohammad Ali Shahzamanian By: Reza Moosavi Askari September 2009
    فصل اول :
    فصل دوم :
    فصل سوم :
    فصل چهارم :
    فصل پنجم :
    فصل ششم :