Таким объектом является единая волновая функция конденсата куперовских пар - она должна обладать фазой, поскольку любой вектор состояния принципиально живет в комплексном пространстве! Пока у носителей заряда не существовало единой волновой функции, понятие общей фазы, конечно же, не имело смысла, ее попросту не существовало. Система сама выбирает эту фазу как только она становится сверхпроводящей. Причем, фаза может быть локальной, то есть зависеть от координаты внутри сверхпроводника. А поскольку мы говорим о заряженном конденсате, любое изменение фазы автоматически порождает какие-то токи, напрямую связанные с градиентами фазы - но система же хочет быть, во первых, в состоянии которое стационарно, а во-вторых еще и в самом низкоэнергетичном из них!
Так и получается, что самое выгодное - вытеснить магнитное поле из объема и не иметь никаких токов, кроме экранирующих приповерхностных (они еще называются мейсснеровскими токами - эффект Мейсснера ведь). Даже если магнитное поле проникло в объем до перехода в сверхпроводимость - пронизанность нового состояния металла магнитным полем становится катастрофически невыгодной, и по мере образования конденсата это поле обязательно будет вытеснено.
Такие дела🤷♀️
Так и получается, что самое выгодное - вытеснить магнитное поле из объема и не иметь никаких токов, кроме экранирующих приповерхностных (они еще называются мейсснеровскими токами - эффект Мейсснера ведь). Даже если магнитное поле проникло в объем до перехода в сверхпроводимость - пронизанность нового состояния металла магнитным полем становится катастрофически невыгодной, и по мере образования конденсата это поле обязательно будет вытеснено.
Такие дела
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
❤2👏1
Сверхпроводниковые квантовые технологии ❄️
Таким объектом является единая волновая функция конденсата куперовских пар - она должна обладать фазой, поскольку любой вектор состояния принципиально живет в комплексном пространстве! Пока у носителей заряда не существовало единой волновой функции, понятие…
Куда мы двинемся дальше?
Anonymous Poll
38%
Поговорим о том, что такое квантование магнитного потока
38%
Обсудим, как устроена электронная система в сверхпроводниках
23%
Посмотрим ещё на некоторые интересные тонкости электродинамики сверхпроводников
❤1🔥1🥰1
🎶 Лирическое отступление 🖌
Недавно довелось слушать подкаст с одним довольно известным математиком, лауреатом премии Филдса - самой престижной премии в математике, она вручается раз в 4 года. Занимается этот человек - естественно - чем-то абсолютно абстрактным, теория представлений вроде бы
Так вот, слегка удивил подход этого математика к взаимным отношениям между физикой и математикой. Мысль была примерно следующего характера:
Безусловно, от математика ничего другого мы и не ждали 😂
С одной стороны, "понятно, что хотел сказать автор": любая наука - если мы говорим о науке фундаментальной - пытается попасть, если хотите, в Платоновский мир идей, то бишь открывать абстрактное знание. Абстрактное знание абсолютно самоценно без относительно материальных объектов - да, наверное, с этим можно согласиться. Идея окружности может существовать, даже если ничего круглого мы никогда и в помине не встречали.
С другой стороны, скажем честно, мы вообще плохо понимаем, что такое математика. Может быть, с помощью математики мы изучаем только закономерности нашего сознания? Мы строим набор аксиом, строим логику, потом с помощью этой логики проверяем разные утверждения - а ведь всегда среди них есть недоказуемые, к которым не подобраться с помощью выбранной системы аксиом. Вырабатываем различные математические концепции, многие из которых ничего не описывают, кроме самих себя. Физика же всегда оставляет того, кто ей занимается, привязанным к здравому смыслу - нельзя нарушить законы сохранения там, где они соблюдаются, нельзя обратить необратимые процессы, и еще много разных "нельзя", которые низводят из чертогов разума, так сказать, "на бренную землю" - и это подчас неплохо.
А Вы что думаете по этому поводу?
P. S. Не, не так - "А Вы, что, думаете по этому поводу???"
Недавно довелось слушать подкаст с одним довольно известным математиком, лауреатом премии Филдса - самой престижной премии в математике, она вручается раз в 4 года. Занимается этот человек - естественно - чем-то абсолютно абстрактным, теория представлений вроде бы
Так вот, слегка удивил подход этого математика к взаимным отношениям между физикой и математикой. Мысль была примерно следующего характера:
- Физик чем занимается? Он запускает какой-то камень или что-то еще делает в реальном мире - то бишь, экспериментирует. А все это он делает только чтоб проверить закон природы, то есть - получить какой-то математический объект, который, по странному стечению обстоятельств, еще и описывает поведение каких то материальных объектов. Так вот, сам математический закон поэтому более реален, чем тот неидеальный или плохо контролируемый объект, с помощью которого пришли к этому закону. Математика - она абсолютно реальна, а физика уже этим пользуется чтоб описывать что-то осязаемое, но неидеальное.
С одной стороны, "понятно, что хотел сказать автор": любая наука - если мы говорим о науке фундаментальной - пытается попасть, если хотите, в Платоновский мир идей, то бишь открывать абстрактное знание. Абстрактное знание абсолютно самоценно без относительно материальных объектов - да, наверное, с этим можно согласиться. Идея окружности может существовать, даже если ничего круглого мы никогда и в помине не встречали.
С другой стороны, скажем честно, мы вообще плохо понимаем, что такое математика. Может быть, с помощью математики мы изучаем только закономерности нашего сознания? Мы строим набор аксиом, строим логику, потом с помощью этой логики проверяем разные утверждения - а ведь всегда среди них есть недоказуемые, к которым не подобраться с помощью выбранной системы аксиом. Вырабатываем различные математические концепции, многие из которых ничего не описывают, кроме самих себя. Физика же всегда оставляет того, кто ей занимается, привязанным к здравому смыслу - нельзя нарушить законы сохранения там, где они соблюдаются, нельзя обратить необратимые процессы, и еще много разных "нельзя", которые низводят из чертогов разума, так сказать, "на бренную землю" - и это подчас неплохо.
А Вы что думаете по этому поводу?
P. S. Не, не так - "А Вы, что, думаете по этому поводу???"
👀1
🎶 Лирическое отступление - часть 2 (плавно переходящая в книжный клуб) 🖌
Одна из любимых книг на тему соотношения реального и нереального:
Ли Смолин "Неприятности с физикой" ⚛️🥊 💀
- повествует о приключениях автора в мире теоретической физики, равно как и о приключениях теоретической физики через призму десятилетий. Ли Смолин - вполне заслуженный физик, и хотя в своих взглядах, безусловно, по многим вопросам находится немного в стороне от мейнстрима физического сообщества, но в этой книге он стоит на достаточно твердых и обоснованных позициях. Внутри Вас ждет много профессиональных тонкостей, и неподготовленному читателю будет сложно - как минимум, желательно иметь за плечами институтский курс теоретической физики, но многие воззрения автора можно понять, не слишком вдаваясь в инструментарий теории.
Книга будет крайне ценной для студентов-физиков, пытающихся найти свое призвание в этой непростой науке - а может, и за ее пределами.
Одна из любимых книг на тему соотношения реального и нереального:
Ли Смолин "Неприятности с физикой" ⚛️
- повествует о приключениях автора в мире теоретической физики, равно как и о приключениях теоретической физики через призму десятилетий. Ли Смолин - вполне заслуженный физик, и хотя в своих взглядах, безусловно, по многим вопросам находится немного в стороне от мейнстрима физического сообщества, но в этой книге он стоит на достаточно твердых и обоснованных позициях. Внутри Вас ждет много профессиональных тонкостей, и неподготовленному читателю будет сложно - как минимум, желательно иметь за плечами институтский курс теоретической физики, но многие воззрения автора можно понять, не слишком вдаваясь в инструментарий теории.
Книга будет крайне ценной для студентов-физиков, пытающихся найти свое призвание в этой непростой науке - а может, и за ее пределами.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
❤🔥1👍1
Ловите некоторые интересные цитаты - но осторожнее, придется читать всю книгу:
Ядро нашей неспособности завершить текущую научную революцию состоит из пяти проблем, каждая из которых в высшей степени неподатлива. Эти проблемы противостояли нам, когда я начинал мои занятия физикой в 1970е, и, хотя мы много узнали о них за последние три десятилетия, они остались нерешенными. Так или иначе, любая предлагаемая теория фундаментальной физики должна решить эти пять проблем, так что стоит бросить краткий взгляд на каждую.
Для меня (и для других, с кем я согласен) соединение суперсимметрии и теории пространства и времени вызывает большие вопросы. Я изучал ОТО, читая Эйнштейна, и, если я что-нибудь понял, она о том, как эта теория соединяет гравитацию с геометрией пространства и времени. Эта идея проникла у меня до мозга костей. Теперь мне говорят, что другой глубокий аспект природы также объединяется с пространством и временем – факт, что имеются фермионы и бозоны. Мои друзья говорили мне это, и уравнения говорят то же самое. Но ни друзья, ни уравнения не говорят мне, что это означает. У меня отсутствует идея, концепция вещи. Нечто в моем понимании пространства и времени, гравитации и того, что означает быть фермионом или бозоном, должно углубиться в результате этой унификации. Это должна быть не просто математика – сама моя концепция природы должна измениться.
Моя первая работа после получения степени доктора философии была в 1979 в Институте перспективных исследований в Принстоне. Одной из главных причин для меня принять ее была надежда соприкоснуться с некоторым живым наследием Эйнштейна, который умер двадцатью четырьмя годами ранее. В этом я разочаровался. Здесь не было следов его времени, за исключением его бюста в библиотеке. Ни один студент или последователь Эйнштейна не мог быть найден. Только несколько людей, которые знали его, вроде физика-теоретика Фримена Дайсона, все еще были здесь.
В первую мою неделю там Дайсон, в высшей степени джентльмен, подошел и пригласил меня на ланч. После расспросов о моей работе он поинтересовался, есть ли что нибудь, что он мог бы сделать, чтобы я почувствовал себя в Принстоне как дома. Я имел всего один вопрос. Я спросил: "Не могли бы Вы мне сказать, как на самом деле выглядел Эйнштейн?" Дайсон ответил: "Мне очень жаль, но это единственная вещь, в которой я не могу вам помочь." Удивившись, я стал настаивать: "Но Вы появились тут в 1947, и вы были коллегами с ним до его смерти в 1955." Дайсон объяснил, что он тоже пришел в институт в надежде узнать Эйнштейна. Так он подошел к секретарю Эйнштейна, Элен Дукас, чтобы договориться о встрече. За день до встречи он начал волноваться, что не имеет чего-то особенного для обсуждения с великим человеком, так что он получил у госпожи Дукас копии недавних научных статей Эйнштейна. Они все были об усилиях Эйнштейна сконструировать единую теорию поля. Прочитав их тем же вечером, Дайсон решил, что это негодный хлам. На следующее утро он осознал, что, хотя он не мог бы предстать перед Эйнштейном и сказать, что его работа была хламом, он не мог бы и не сказать ему ничего. Так что он не пришел на встречу и, как он сказал мне, исчерпал в результате все восемь лет, пока смерть Эйнштейна не отменила все. Я смог только сказать очевидное: "Вы не думаете, что Эйнштейн мог бы защититься и объяснить вам свою мотивацию?" - "Определенно," – ответил Дайсон, – "Но я стал намного старше, прежде чем эта мысль посетила меня."
👀1
❤1👏1
Сверхпроводниковые квантовые технологии ❄️
Куда мы двинемся дальше?
❗️Квантование магнитного потока - как и почему❗️
Словосочетание "Квантование магнитного потока" звучит необычно.
В самом деле, про магнитное поле мы знаем, что в вакууме это величина непрерывная - даже в квантовом случае. Если затронуть квантование электромагнитного поля, например, в трехмерных полостях, то даже в этом случае хотя и имеются квантовые состояния каждой собственной полевой моды с заданным числом фотонов, но величина полей в произвольной точке все-таки может быть любой, так как разрешены любые линейные комбинации как чисел заполнения мод, так и самих пространственных мод.
Более того, мы же только что обсуждали, что магнитное поле не попадает в сверхпроводник. Откуда же берется магнитный поток, да еще и в виде порций-квантов?
Все относительно просто - нужно вспомнить про возможность делать из металла витки с током, то есть, создавать элемент, называемый индуктивностью. Так вот, оказывается, что обычная индуктивность разрешает внутри себя течь произвольному току, а значит, и магнитный поток через нее будет иметь непрерывно меняющееся значение. Но сверхпроводник имеет жесткую связь между фазой волновой функции конденсата и протекающим по поверхности током, и вот тут начинает происходить удивительное.
Как только мы замыкаем кольцо, мы получаем странную ситуацию.
Ток внутри кольца не течет - токи у сверхпроводника только поверхностные. Выберем произвольный контур в толще кольца, охватывающий отверстие (на рис, точка А считается совпадающей с точкой B). Странное свойство конденсата в сверхпроводнике - разгоняться под действием электрического поля и создавать соответствующее магнитное поле - приводит к жесткой связи полного набега фазы волновой функции конденсата вдоль нашего выбранного замкнутого контура, и магнитного потока в этом контуре. Но - внимание - фаза в сверхпроводнике должна быть однозначной в каждой точке! Ровно потому, что мы имеем дело со сверхпроводящим состоянием с определенной волновой функцией, полный набег фазы вдоль контура должен быть кратен 2π. (волновые функции, отличающиеся по фазе на 2πn, мы принципиально не различаем).
Эта ситуация очень близка к тому , что происходит при квантовании углового момента в модели атома Бора, полуклассически объясняющей природу дискретных электронных орбит в атомах и даже дающий точную формулу электронных уровней для атома водорода. Только для атомов это описание очень приближенное: электроны не летают по кругу на орбитах и вообще не имеют траектории в классическом смысле, и совпадение точного решения уравнения Шредингера и боровской модели для атома водорода - скорее счастливая случайность, хотя это не просто случайность, а глубокое проявление принципа соответствия. Но в сверхпроводниках это описание максимально отражает реальность - именно замыкание "самой на себя" при обходе по замкнутому циклу задаёт однозначность фазы коллективной волновой функции. Но набег сверхпроводящей фазы - как оказывается из уравнений - полностью определяет магнитный поток в отверстии кольца.
Минимально возможный набег фазы - 2π, и именно эта ситуация приведет к тому, что в отверстии оказывается ровно один квант магнитного потока - меньше быть не может, только полный ноль, либо один квант, либо два кванта, либо три кванта... Несложный расчет дает значение Φ0 = h/2e , гдe h - постоянная Планка, e - заряд электрона. Кстати, измерения квантов потока с помощью точных магнитометров - это один из самых простых и точных способов измерения постоянную Планка.
Словосочетание "Квантование магнитного потока" звучит необычно.
В самом деле, про магнитное поле мы знаем, что в вакууме это величина непрерывная - даже в квантовом случае. Если затронуть квантование электромагнитного поля, например, в трехмерных полостях, то даже в этом случае хотя и имеются квантовые состояния каждой собственной полевой моды с заданным числом фотонов, но величина полей в произвольной точке все-таки может быть любой, так как разрешены любые линейные комбинации как чисел заполнения мод, так и самих пространственных мод.
Более того, мы же только что обсуждали, что магнитное поле не попадает в сверхпроводник. Откуда же берется магнитный поток, да еще и в виде порций-квантов?
Все относительно просто - нужно вспомнить про возможность делать из металла витки с током, то есть, создавать элемент, называемый индуктивностью. Так вот, оказывается, что обычная индуктивность разрешает внутри себя течь произвольному току, а значит, и магнитный поток через нее будет иметь непрерывно меняющееся значение. Но сверхпроводник имеет жесткую связь между фазой волновой функции конденсата и протекающим по поверхности током, и вот тут начинает происходить удивительное.
Как только мы замыкаем кольцо, мы получаем странную ситуацию.
Ток внутри кольца не течет - токи у сверхпроводника только поверхностные. Выберем произвольный контур в толще кольца, охватывающий отверстие (на рис, точка А считается совпадающей с точкой B). Странное свойство конденсата в сверхпроводнике - разгоняться под действием электрического поля и создавать соответствующее магнитное поле - приводит к жесткой связи полного набега фазы волновой функции конденсата вдоль нашего выбранного замкнутого контура, и магнитного потока в этом контуре. Но - внимание - фаза в сверхпроводнике должна быть однозначной в каждой точке! Ровно потому, что мы имеем дело со сверхпроводящим состоянием с определенной волновой функцией, полный набег фазы вдоль контура должен быть кратен 2π. (волновые функции, отличающиеся по фазе на 2πn, мы принципиально не различаем).
Эта ситуация очень близка к тому , что происходит при квантовании углового момента в модели атома Бора, полуклассически объясняющей природу дискретных электронных орбит в атомах и даже дающий точную формулу электронных уровней для атома водорода. Только для атомов это описание очень приближенное: электроны не летают по кругу на орбитах и вообще не имеют траектории в классическом смысле, и совпадение точного решения уравнения Шредингера и боровской модели для атома водорода - скорее счастливая случайность, хотя это не просто случайность, а глубокое проявление принципа соответствия. Но в сверхпроводниках это описание максимально отражает реальность - именно замыкание "самой на себя" при обходе по замкнутому циклу задаёт однозначность фазы коллективной волновой функции. Но набег сверхпроводящей фазы - как оказывается из уравнений - полностью определяет магнитный поток в отверстии кольца.
Минимально возможный набег фазы - 2π, и именно эта ситуация приведет к тому, что в отверстии оказывается ровно один квант магнитного потока - меньше быть не может, только полный ноль, либо один квант, либо два кванта, либо три кванта... Несложный расчет дает значение Φ0 = h/2e , гдe h - постоянная Планка, e - заряд электрона. Кстати, измерения квантов потока с помощью точных магнитометров - это один из самых простых и точных способов измерения постоянную Планка.
❤2👌1
Сверхпроводниковые квантовые технологии ❄️
Шуточно-серьезныц опрос:
Что такое атом Бора?
Что такое атом Бора?
"... и каждый школьник знает, что атом Бора - это не атом бора, а атом водорода..."
П.Л. Капица, вступительное слово к лекции Нильса Бора на физфаке МГУ, 1961 г.
П.Л. Капица, вступительное слово к лекции Нильса Бора на физфаке МГУ, 1961 г.
👍4
Отрицательные вероятности как движущая сила физики
Мы довольно много говорили про вероятности в более ранних постах. Вспомнилось ещё одно одно интересное наблюдение, которым и хотим поделиться.
Проблема отрицательных вероятностей стала ключевой причиной, побудившей Поля Дирака на заре квантовой механики обратиться к вопросу получения точного релятивистского квантового уравнения, которое правильно бы описывало электроны.
Надо отметить, что в середине 1920-х остро стоял вопрос формулирования именно релятивистской квантовой механики - то есть, таких уравнений, которые являлись бы инвариантными по отношению к преобразованиям Лоренца. Именно эта мотивация двигала и Шредингером - знаменитое уравнение Шредингера появилось именно как нерелятивистское - или, что то же самое, низкоэнергетическое - приближение другого уравнения, которое сейчас носит название уравнения Клейна-Гордона и имеет разве что лишь педагогическую ценность. Однако, посмотрим, что об этом пишет сам Дирак:
Я помню, как однажды, когда я был в Копангагене, Бор спросил меня, над чем я сейчас работаю. Я ответил ему, что пытаюсь построить удовлетворительную теорию электрона, на что Бор заметил:
- Но ведь Клейн и Гордон уже сделали это!
Такой ответ сначала обескуражил меня. Бора, по-видимому, вполне устраивало решение Клейна. Мне же оно не нравилось из-за отрицательных вероятностей, к которым оно приводило. Я продолжил работу, пытаясь построить теорию, в которой все вероятности были положительными.
Ему это удалось, притом совершенно блестяще - уравнения Дирака стали первым шагом на пути к современной квантовой теории поля. Вкратце, для объяснения собственного магнитного момент электрона Дираку пришлось вывести такую форму уравнения, которая неявно предполагала наличие положительных частиц, как бы дуальных электрону - сейчас мы называем их позитронами, или античастицами электронов. Они были обнаружены вскоре после работы Дирака, что явилось замечательным свидетельством предсказательной силы его теории.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
❤2👍1
Тем временем, пока мы обсуждаем фундаментальную физику, запускаются серьезные пилотные проекты по внедрению квантовых технологий в реальный сектор.
Лед тронулся, господа присяжные и заседатели!..
😅😅😅
Повод для таких заявлений довольно весомый:
Кажется, ближневосточный нефтяной гигант становится первой компанией в своей отрасли, которая столь мощно вложилась именно в аппаратную часть квантовых вычислений. Опыт практической работы с квантовым железом на столь ранней стадии, возможно, будет крайне ценным, если вся индустрия квантовых процессоров выстрелит. Время покажет, руководствуются ли нефтяники четкой и продуманной стратегией по внедрению квантовых компьютеров в бизнес-процессы, либо же эти инвестиции - не более, чем дань сиюминутным трендам.
😅😅😅
Повод для таких заявлений довольно весомый:
Саудовская нефтяная компания Aramco и Pasqal запустили первый в Саудовской Аравии — и первый на Ближнем Востоке — квантовый компьютер для промышленных приложений. Машина, созданная Pasqal и установленная в дата-центре Aramco в Дахране, способна управлять 200 кубитами, расположенными в программируемых двумерных массивах.
Этот шаг призван ускорить развитие квантовых приложений в энергетическом, материаловедческом и промышленном секторах Саудовской Аравии и всего региона.
По словам руководителей Aramco, компания планирует использовать передовые цифровые технологии (в том числе ИИ и квантовые вычисления) для повышения эффективности операций, ускорения инноваций и создания долгосрочной ценности.
Представители Pasqal назвали запуск «историческим событием» для Ближнего Востока и отметили, что этот квантовый компьютер — самый мощный, который они поставляли на сегодняшний день.
В рамках сотрудничества Pasqal также предоставит программы обучения и совместные исследовательские возможности для инженеров и учёных в Саудовской Аравии, что должно укрепить региональную квантовую экосистему и способствовать развитию высокотехнологичных кадров.
Кажется, ближневосточный нефтяной гигант становится первой компанией в своей отрасли, которая столь мощно вложилась именно в аппаратную часть квантовых вычислений. Опыт практической работы с квантовым железом на столь ранней стадии, возможно, будет крайне ценным, если вся индустрия квантовых процессоров выстрелит. Время покажет, руководствуются ли нефтяники четкой и продуманной стратегией по внедрению квантовых компьютеров в бизнес-процессы, либо же эти инвестиции - не более, чем дань сиюминутным трендам.
❤2👍1
Сверхпроводниковые квантовые технологии ❄️
Куда мы двинемся дальше?
📚 Часть 0 - Пролог
Что там у нас в очереди? Ага, электроны в сверхпроводниках , ну значит электроны,
Но есть одно "но": разговор будет, сразу предупреждаем, длинным, и начать придется с самых азов. Те, кто может понять подобные вещи с лету - скорее всего, с темой близко знакомы, а остальным будем разъяснять,
Электрон - это полностью квантовый объект, частица, которую мы можем как бы отождествить с ее волновой функцией. Чтобы находить волновую функцию, нужно решать уравнение Шредингера. Для этого надо сначала узнать, какие силы на нее действуют, например, в реальном трехмерном координатном пространстве, то есть узнать внешний потенциал, в котором эта частица "живёт". Для электрона это сделать достаточно просто, поскольку главное его свойство - это электрический заряд. То есть, чтобы описать поведение электрона в какой-то области пространства - ну хотя бы в кристаллическом твердом теле - нужно всего лишь понимать распределение зарядов, электрических и магнитных полей в этой области.
В совокупностью с ничтожной массой электрона по сравнению с массой любого атома, такое описание значительно упрощает нам задачу. Кристаллическое твердое тело - это жёсткая и тяжелая периодическая решетка из атомных ядер, которые почти и не двигаются по сравнению с. электронами в ней. Так вот, при решении уравнений оказывается, что у электрона есть два способа существования в решетке:
1. Электрон достаточно "ленив", и сидит возле своего атома, никуда не убегая,
2. Электрон достаточно энергичен,
поэтому может направиться куда угодно,
Конечно, наиболее интересен второй случай. Атомы, составляющие кристалл, все примерно одинаковые - или одинаковы их "ячейки", например NaCl - поэтому, если уж электрон сбежал, как колобок, "от бабушки" - от своего атома или от ячейки, в которой он изначально жил - то ни один зверь, то есть соседний атом, его особенно задержать не может.
Математически, этот последний факт известен в физике твердого тела как теорема Блоха: электрон в периодическом потенциале ведёт себя почти как свободно летящая частица! Этот серьезный результат привел к развитию ключевых понятий физики твердого тела в ее современном облике.
Продолжение следует...
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
👍4❤2🔥1
⚛️ Электронная система сверхпроводника ⚛️
📚 Часть 1 - Как живут электроны
📚 Часть 0 - здесь
Мы обсудили свойства электрона в кристалле, но он был одинок. Осталось вспомнить о том, что электронов вообще-то в кристалле очень много - порядка 10^23. Неужели при таком огромном количестве электронов можно найти удобное и понятное описание коллективного движения такой системы?
Оказывается, что да! Оказывается, что практически ничего не меняется в логике предыдущих рассуждений (см. Часть 0), когда вы добавляете в нее очень много электронов. Только теперь нужно говорить не о электронах, а о некоторых коллективных колебаниях системы, но сути дела - удивительно - это почти не меняет. Можно продолжить называть их электронами.
(спойлер - там будут ещё и дырки, но не все же сразу)
А теперь логику поведения системы задаёт совершенно базовый эффект, который называется принципом Паули. Принцип Паули запрещает электронам занимать одно квантовое состояние. То есть как только электрон сел на какую-то не очень энергегичную орбиту, то другие электроны не могут туда сесть. Они вынуждены занимать более высокоэнергетические орбиты.
Итак, часть электронов займет глубокие орбиты и не будет перемещаться от атома к атому. Таким образом, мы получаем, что рано или поздно электроны начнут занимать те состояния, в которых они делокализованы. То есть распространяются по всему кристаллу. Что это значит? Ну, конечно, они проводят электрический ток. Таким образом мы получаем за бесплатно из этих простых рассуждений объяснение разделения веществ на диэлектрики и проводники. Но здесь нужно обсудить ещё одну концепцию.
Ключевым свойством всех вышеперечисленных электронных состояний, которое непросто объяснить без формул, остаётся тот факт, что эти состояния "кучкуются" в энергетическом пространстве, то есть образуют зоны. В одной зоне много очень близких состояний, но зоны разделены большими пустынными интервалами энергии где состояний вообще нет. Такие промежутки называются запрещенными зонами. Электронов там быть не может.
В диэлектрике количество электронов таким образом соотнеслось с ёмкостью зон, что последняя зона заполнилась полностью, а следующая - абсолютно пуста. В таком сценарии электронам трудно двигаться, потому что они не просто живут в одном состоянии, а двигаются, все время немножко рассеиваясь и занимая при этом состояния с близкой энергией. Когда нет места, словно в толпе - неудобно двигаться и проводить ток, как то так...
А вот в веществах-металлах электронов оказалось больше - а может быть, состояний связанных меньше - и одна из зон оказалась заполнена не полностью, в ней ещё куча свободных состояний, которые очень близки по энергии к состояниям занятым. По такой зоне электронам вольготно путешествовать, что и означает металлическую проводимость.
📚 Часть 1 - Как живут электроны
📚 Часть 0 - здесь
Мы обсудили свойства электрона в кристалле, но он был одинок. Осталось вспомнить о том, что электронов вообще-то в кристалле очень много - порядка 10^23. Неужели при таком огромном количестве электронов можно найти удобное и понятное описание коллективного движения такой системы?
Оказывается, что да! Оказывается, что практически ничего не меняется в логике предыдущих рассуждений (см. Часть 0), когда вы добавляете в нее очень много электронов. Только теперь нужно говорить не о электронах, а о некоторых коллективных колебаниях системы, но сути дела - удивительно - это почти не меняет. Можно продолжить называть их электронами.
(спойлер - там будут ещё и дырки, но не все же сразу)
А теперь логику поведения системы задаёт совершенно базовый эффект, который называется принципом Паули. Принцип Паули запрещает электронам занимать одно квантовое состояние. То есть как только электрон сел на какую-то не очень энергегичную орбиту, то другие электроны не могут туда сесть. Они вынуждены занимать более высокоэнергетические орбиты.
Итак, часть электронов займет глубокие орбиты и не будет перемещаться от атома к атому. Таким образом, мы получаем, что рано или поздно электроны начнут занимать те состояния, в которых они делокализованы. То есть распространяются по всему кристаллу. Что это значит? Ну, конечно, они проводят электрический ток. Таким образом мы получаем за бесплатно из этих простых рассуждений объяснение разделения веществ на диэлектрики и проводники. Но здесь нужно обсудить ещё одну концепцию.
Ключевым свойством всех вышеперечисленных электронных состояний, которое непросто объяснить без формул, остаётся тот факт, что эти состояния "кучкуются" в энергетическом пространстве, то есть образуют зоны. В одной зоне много очень близких состояний, но зоны разделены большими пустынными интервалами энергии где состояний вообще нет. Такие промежутки называются запрещенными зонами. Электронов там быть не может.
В диэлектрике количество электронов таким образом соотнеслось с ёмкостью зон, что последняя зона заполнилась полностью, а следующая - абсолютно пуста. В таком сценарии электронам трудно двигаться, потому что они не просто живут в одном состоянии, а двигаются, все время немножко рассеиваясь и занимая при этом состояния с близкой энергией. Когда нет места, словно в толпе - неудобно двигаться и проводить ток, как то так...
А вот в веществах-металлах электронов оказалось больше - а может быть, состояний связанных меньше - и одна из зон оказалась заполнена не полностью, в ней ещё куча свободных состояний, которые очень близки по энергии к состояниям занятым. По такой зоне электронам вольготно путешествовать, что и означает металлическую проводимость.
❤3👏1🐳1
Пару месяцев назад на этом канале был небольшой цикл публикаций (здесь и далее), поясняющих достижения Нобелевских лауреатов этого года.
Отчасти справедливая критика премии на тему "работа недостаточно фундаментальная, это все лобби тех кто строит квантовые процессоры", в целом, не противоречит тому что результаты (пусть и не только отмеченных работ, но и некоторых похожих, вышедших примерно в это же время) оказались достаточно значимыми и все-таки привели к формированию новой физической области, изучающей сверхпроводниковые квантовые устройства. Но сейчас немного о другом.
Попалась еще одна отличная аналогия, объясняющая результаты. На картинке - изменение кулоновского потенциала атома в электрическом поле - т.н. эффект Штарка, который повышает вероятность туннелирования электрона из атома. Это очень близко к тому, что происходит в туннельных контактах при протекании тока, близкого к критическому. Возможно, для кого-то это будет иллюстративно и познавательно.
Оригинал заметки - на немецком, кстати, если хочется попрактиковаться 😄
Отчасти справедливая критика премии на тему "работа недостаточно фундаментальная, это все лобби тех кто строит квантовые процессоры", в целом, не противоречит тому что результаты (пусть и не только отмеченных работ, но и некоторых похожих, вышедших примерно в это же время) оказались достаточно значимыми и все-таки привели к формированию новой физической области, изучающей сверхпроводниковые квантовые устройства. Но сейчас немного о другом.
Попалась еще одна отличная аналогия, объясняющая результаты. На картинке - изменение кулоновского потенциала атома в электрическом поле - т.н. эффект Штарка, который повышает вероятность туннелирования электрона из атома. Это очень близко к тому, что происходит в туннельных контактах при протекании тока, близкого к критическому. Возможно, для кого-то это будет иллюстративно и познавательно.
Оригинал заметки - на немецком, кстати, если хочется попрактиковаться 😄
❤2👌1
А мы продолжаем наш небольшой цикл:
⚛️ Электронная система сверхпроводника ⚛️
📚 Часть 2 - Quo vadis? /лат. Камо грядеши?/
📚 Часть 1, Часть 0
Итак, все наши предыдущие качественные рассуждения можно по сути назвать "зонной теорией" носителей заряда в твердом теле. Тонкий момент, который не был должным образом разъяснен ранее - почему же в случае диэлектриков полностью заполненная зона не проводит ток.
Наиболее правильная качественная интерпретация примерно такова: рассмотрев структуру каждого из состояний, образующих зону, мы поймём, что они полностью симметричны в импульсном пространстве: средний квазиимпульс по всем (заполненным, для определенности) состояниям зоны всегда будет нулевым. Если ничего свободного в зоне нет, то вам не удастся перераспределить населенности внутри зоны с помощью внешнего электрического поля таким образом, чтоб в среднем квазиимпульс не занулялся - и следовательно, заряд куда-то бы протекал, создавая электрический ток. Если мы начинаем говорить об электронном транспорте в полупроводниках, то на первый план выйдут температурные, фотоэлектрические и примесные эффекты, так как они способны разрушить эту стройную картину заполненности и освободить или даже создать некоторые новые состояния, которые уже смогут проводить ток
Что касается металлов, то наиболее просто объяснить многие их свойства с привлечением концепции сферы Ферми. Дело в том, что из теоремы Блоха напрямую следует, что в среднем на одно состояние приходится объем импульсного пространства, равный h^3, где h - постоянная Планка. Поэтому в целом верна картина, где мы просто насаживаем электроны внутрь трехмерной сетки с шагом h, таким образом занимая самые низкоэнергетичные состояния и соблюдая принцип Паули. В итоге, забывая про особенности, свободные электроны рано или поздно "заканчиваются", причем, раньше чем доступные для них состояния, и мы получаем заполненный шар некоторого радиуса. Большинство транспортных свойств металла будет зависеть от электронных состояний на поверхности этого шара - ее и называют сферой Ферми. Для полупроводников и изоляторов данная картинка пользы в целом не имеет, да и не очень правильна, так как зона заполнена полностью (точнее, занята первая зона Бриллюэна, если кто желает немного точности) и ее структура вблизи крайних состояний значительно отличается от сферы.
Куда мы, собственно, идём путем таких длинных объяснений? Хочется думать, что мы вооружаемся надлежащими инструментами, которые позволят нам основательно поговорить о том, что электроны вытворяют в сверхпроводниках, а как у нас получится - это уже другой вопрос.
#продолжениеследует
⚛️ Электронная система сверхпроводника ⚛️
📚 Часть 2 - Quo vadis? /лат. Камо грядеши?/
📚 Часть 1, Часть 0
Итак, все наши предыдущие качественные рассуждения можно по сути назвать "зонной теорией" носителей заряда в твердом теле. Тонкий момент, который не был должным образом разъяснен ранее - почему же в случае диэлектриков полностью заполненная зона не проводит ток.
Наиболее правильная качественная интерпретация примерно такова: рассмотрев структуру каждого из состояний, образующих зону, мы поймём, что они полностью симметричны в импульсном пространстве: средний квазиимпульс по всем (заполненным, для определенности) состояниям зоны всегда будет нулевым. Если ничего свободного в зоне нет, то вам не удастся перераспределить населенности внутри зоны с помощью внешнего электрического поля таким образом, чтоб в среднем квазиимпульс не занулялся - и следовательно, заряд куда-то бы протекал, создавая электрический ток. Если мы начинаем говорить об электронном транспорте в полупроводниках, то на первый план выйдут температурные, фотоэлектрические и примесные эффекты, так как они способны разрушить эту стройную картину заполненности и освободить или даже создать некоторые новые состояния, которые уже смогут проводить ток
Что касается металлов, то наиболее просто объяснить многие их свойства с привлечением концепции сферы Ферми. Дело в том, что из теоремы Блоха напрямую следует, что в среднем на одно состояние приходится объем импульсного пространства, равный h^3, где h - постоянная Планка. Поэтому в целом верна картина, где мы просто насаживаем электроны внутрь трехмерной сетки с шагом h, таким образом занимая самые низкоэнергетичные состояния и соблюдая принцип Паули. В итоге, забывая про особенности, свободные электроны рано или поздно "заканчиваются", причем, раньше чем доступные для них состояния, и мы получаем заполненный шар некоторого радиуса. Большинство транспортных свойств металла будет зависеть от электронных состояний на поверхности этого шара - ее и называют сферой Ферми. Для полупроводников и изоляторов данная картинка пользы в целом не имеет, да и не очень правильна, так как зона заполнена полностью (точнее, занята первая зона Бриллюэна, если кто желает немного точности) и ее структура вблизи крайних состояний значительно отличается от сферы.
Куда мы, собственно, идём путем таких длинных объяснений? Хочется думать, что мы вооружаемся надлежащими инструментами, которые позволят нам основательно поговорить о том, что электроны вытворяют в сверхпроводниках, а как у нас получится - это уже другой вопрос.
#продолжениеследует
❤🔥2❤1✍1
Учебники против ИИ
📔🥊 🤖
Недавно один из коллег пытался освежить свои знания по эффекту Джозефсона - надо сказать, что эффект необычный, и даже те кто его вроде бы понимает, время от времени его не понимает...🤷♀️
Так вот, в известном учебнике "Теория Металлов" за авторством А. Абрикосова - ученика Ландау и, в общем, классика теорфизики - написано примерно следующее: "...Волновые функции электронов частично проникают через прослойку изолятора, и можно сказать, что куперовские пары могут образовываться из электронов, принадлежащих разным металлам." Мне всегда казалось, что эта мысль грубовата, да и далее не очень развивается, но эта простая картина фиксируется при чтении и в дальнейшем часто неявно начинаешь к ней обращаться для интерпретации особенностей эффекта.
Решили пообсуждать этот вопрос с ChatGPT - и что же? Агент, который ранее, как казалось, в тонких вопросах особенно не разбирается, а выдает более мене первое что попадается в интернете на тему, вдруг довольно настойчиво запротестовал и выдал большой клубок объяснений примерно следующего рода:
Прохождение ВФ одиночного электрона (квазичастиц) через барьер ещё не означает возможность их соединения в куперовскую пару, так как электронные подсистемы двух сверхпроводников разделены изолятором и взаимодействия через фононы у них нет (кстати, в отличие от SNS контактов - и на это он тоже указал!). Поэтому нужные аномальные средние для электронов в разных - хоть и туннельно связанных - сверхпроводниках будут нулевыми, и пары не образуются. Уважаемый агент настаивал, что все дело именно в когерентном транспорте, когда пара, возникшая в одном металле, может некоторым особым способом "перевалиться" через барьер. Поскольку эта возможность строго описывается расчетом тока по теории возмущений и связана с амплитудами вероятности протуннелировать одному электрону, то в целом эффект в принципе не имеет даже приблизительной классической трактовки.
Конечно и первое (из учебника), и второе (от ИИ) объяснение качественное, поэтому оба могут быть частично правильными и частично неверными. Но сам факт нежелания ИИ согласиться с классическим учебником по сверхпроводимости, безусловно, примечателен. Конечно, у железки сейчас сильно больше источников, да и профессор мог не очень строго отслеживать формулировки в пояснениях строгих формульных выводов. Но иной раз уже задумаешься - а с помощью чего лучше самообразовываться?
📔
Недавно один из коллег пытался освежить свои знания по эффекту Джозефсона - надо сказать, что эффект необычный, и даже те кто его вроде бы понимает, время от времени его не понимает...
Так вот, в известном учебнике "Теория Металлов" за авторством А. Абрикосова - ученика Ландау и, в общем, классика теорфизики - написано примерно следующее: "...Волновые функции электронов частично проникают через прослойку изолятора, и можно сказать, что куперовские пары могут образовываться из электронов, принадлежащих разным металлам." Мне всегда казалось, что эта мысль грубовата, да и далее не очень развивается, но эта простая картина фиксируется при чтении и в дальнейшем часто неявно начинаешь к ней обращаться для интерпретации особенностей эффекта.
Решили пообсуждать этот вопрос с ChatGPT - и что же? Агент, который ранее, как казалось, в тонких вопросах особенно не разбирается, а выдает более мене первое что попадается в интернете на тему, вдруг довольно настойчиво запротестовал и выдал большой клубок объяснений примерно следующего рода:
Прохождение ВФ одиночного электрона (квазичастиц) через барьер ещё не означает возможность их соединения в куперовскую пару, так как электронные подсистемы двух сверхпроводников разделены изолятором и взаимодействия через фононы у них нет (кстати, в отличие от SNS контактов - и на это он тоже указал!). Поэтому нужные аномальные средние для электронов в разных - хоть и туннельно связанных - сверхпроводниках будут нулевыми, и пары не образуются. Уважаемый агент настаивал, что все дело именно в когерентном транспорте, когда пара, возникшая в одном металле, может некоторым особым способом "перевалиться" через барьер. Поскольку эта возможность строго описывается расчетом тока по теории возмущений и связана с амплитудами вероятности протуннелировать одному электрону, то в целом эффект в принципе не имеет даже приблизительной классической трактовки.
Конечно и первое (из учебника), и второе (от ИИ) объяснение качественное, поэтому оба могут быть частично правильными и частично неверными. Но сам факт нежелания ИИ согласиться с классическим учебником по сверхпроводимости, безусловно, примечателен. Конечно, у железки сейчас сильно больше источников, да и профессор мог не очень строго отслеживать формулировки в пояснениях строгих формульных выводов. Но иной раз уже задумаешься - а с помощью чего лучше самообразовываться?
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
🔥1🤔1👌1
Что сказать вам в канун нового года?
Канал не задумывался как место где авторы делятся личным и фоточками, хотя такой формат ничем не плох, да и людям это нравится (и далее можно подставить разные правильные слова про личный бренд, вовлечённость и ответственность перед подписчиками, кому что ближе).
Отчасти это связано с предубеждением, что анонимность позволит сохранить полную свободу слова и непредвзятость, хотя сейчас понятно, что в этих вопросах важнее внутренние убеждения, а не внешние факторы.
Как можно увидеть по характеру последних публикаций, авторы не до конца разобрались, что им интереснее - условно, агитировать студентов и школьников в свою тематику, освещать новости и тренды квантовых технологий или же просто рассказывать основы своей области науки узкому кругу тех людей кто может быть в этом заинтересован ввиду профессиональных склонностей. С другой стороны, сверхпроводниковые технологии, к которым мы пока толком в наших публикациях и не приблизились, находятся в такой же неопределенности. Смогут ли они выйти в коммерцию и приносить выгоду, или же на много лет останутся ресурсоемкой и потребляющей кадры технологией, не предлагающей ничего кроме света в конце тоннеля (привет термоядерщикам) - мы видимо, узнаем не ранее следующего года, да и не одного года ☺️🙈.
В любом случае, мы поздравляем с новым годом всех вас, кто находит в этом канале что-то интересное для себя. Спасибо всем вам и до встречи в Новом 2026 году! Идите своим путем и все у вас получится!
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
❤3👍3
Новогодние праздники - время веселое во всех отношениях, и часто людей тянет на разные подвиги 😅 Помимо подкисшего двухдневного оливье и замёрзших рук или ног после гуляний, бывают вещи гораздо более опасные.
В блоге одного известного токсиколога попалась жутчайшая история:человек на празднике выпил коктейль с жидким азотом (чего!?... не знал что до этого додумались) и ожидаемо получил разрыв желудка. Пишут, что в больнице быстро ушили и вроде как обошлось .
...Но знаете ли, думать надо с чем имеешь дело. Поэтому краткий гайд по очень холодным 🥶🥶🥶 веществам и опасностям, которые могут подстерегать при работе с ними.
1️⃣ - 🧊 сухой лёд (твердый углекислый газ)
Свойства.🪙 Очень холодный, -79°С или ниже. При более высокой температуре не плавится, а сублимируется (возгонка) - то есть, переходит в газ, минуя жидкую фазу, увеличиваясь в объеме при этом в 800 (!) раз.
Основные риски. Контакт с кожей легко вызывает холодовой ожог (не путать с обморожением, другая травма). Испаряется в воде быстро, но не мгновенно - большой риск удушения! Углекислый газ обычно в воздухе находится в очень малых концентрациях, а вот его вдыхание в высокой концентрации вызывает резкое головокружение вплоть до потери сознания. Кроме того, он заметно тяжелее воздуха, поэтому быстро скапливается вблизи пола. Цепочка событий "вдохнул - потерял сознание - упал - вдохнул ещё больше - все очень плохо" крайне вероятна при легкомысленном обращении.
Техника безопасности. Не хранить в герметичном сосуде, прям никогда - рванет! Не подносить к лицу, не трогать голыми руками, не бросать в таз с водой / бассейн в больших количествах. В идеале, работать с веществом только на открытом воздухе.
2️⃣ 🧪 Жидкий азот - в технической документации часто обозначен как LN2.
Свойства. Жидкость без цвета и запаха, кипит при -195 °C - то есть, в любых комнатных и уличных условиях, при этом увеличиваясь в объеме в 700 раз. Переносится в негерметично закрытых сосудах Дьюара, вне которых выкипает быстро. Однако, азот нетоксичен и в воздухе его полно, поэтому это не так опасно как в случае с сухим льдом.
Риски и техника безопасности. Контакт с кожей малого количества LN2 относительно безопасен (лучше все равно не пробуйте!) - разница температур кожи и жидкости огромна, и быстро образуется газовая прослойка, не дающая коже переохладиться, а-ля эффект Лейденфроста. Главная опасность, подстерегающая при работе - попадание жидкого азота на обычную одежду, так как произойдет мгновенное смачивание ткани, ее очень быстрое охлаждение, и травмирующее холодовое воздействие уже на кожу через очень холодную ткань - это даёт почти гарантированный холодовой ожог.
Условно, главная фобия здесь - жидкий азот попал вам в ботинок - это больно, знаем не понаслышке 🙈. Ну и как с сухим льдом, не помещать жидкий азот в закрытый объем - бытовой закрученный термос с LN2 рванет очень скоро, быстрее чем вам кажется. Для переноски нужен специальный негерметичный термос. Про употребление в пищу даже не пришло бы в голову говорить, в начале поста описано, что будет в этом случае.
Ну и немного экзотики -
3️⃣ - Жидкий гелий, LHe.
С этим вы вряд ли столкнетесь, если не занимаетесь экспериментом в области низких температур ❄️. Но для полноты истории расскажем и про него.
Свойства. Жидкость при температуре 4.2 К, выкипает при комнатных условиях почти мгновенно (доли секунды) из за ультранизкой теплоты испарения и огромной теплопроводности. Хранят его также только в сосудах Дьюара, которые зачастую ещё имеют дополнительную полость заполненную жидким азотом - так называемую "азотную рубашку".
Риски. Умеренный риск удушения при резком испарении большого количества в плохо вентилируемом помещении - скапливается вверху, так как очень лёгкий. Впрочем, гелий так же нетоксичен, поэтому грозит "лишь" гипоксия 🙈. Взрыв ёмкости при неосторожном обращении и резком притоке тепла. А ещё гелий дорогой, так что ещё имеется риск финансовых убытков, если все улетело в атмосферу 😂. По этой причине, кстати, обычно дьюары подключены к гелиевой сети, которая собирает то что испарилось для последующего использования.
В блоге одного известного токсиколога попалась жутчайшая история:
...Но знаете ли, думать надо с чем имеешь дело. Поэтому краткий гайд по очень холодным 🥶🥶🥶 веществам и опасностям, которые могут подстерегать при работе с ними.
Свойства.
Основные риски. Контакт с кожей легко вызывает холодовой ожог (не путать с обморожением, другая травма). Испаряется в воде быстро, но не мгновенно - большой риск удушения! Углекислый газ обычно в воздухе находится в очень малых концентрациях, а вот его вдыхание в высокой концентрации вызывает резкое головокружение вплоть до потери сознания. Кроме того, он заметно тяжелее воздуха, поэтому быстро скапливается вблизи пола. Цепочка событий "вдохнул - потерял сознание - упал - вдохнул ещё больше - все очень плохо" крайне вероятна при легкомысленном обращении.
Техника безопасности. Не хранить в герметичном сосуде, прям никогда - рванет! Не подносить к лицу, не трогать голыми руками, не бросать в таз с водой / бассейн в больших количествах. В идеале, работать с веществом только на открытом воздухе.
Свойства. Жидкость без цвета и запаха, кипит при -195 °C - то есть, в любых комнатных и уличных условиях, при этом увеличиваясь в объеме в 700 раз. Переносится в негерметично закрытых сосудах Дьюара, вне которых выкипает быстро. Однако, азот нетоксичен и в воздухе его полно, поэтому это не так опасно как в случае с сухим льдом.
Риски и техника безопасности. Контакт с кожей малого количества LN2 относительно безопасен (лучше все равно не пробуйте!) - разница температур кожи и жидкости огромна, и быстро образуется газовая прослойка, не дающая коже переохладиться, а-ля эффект Лейденфроста. Главная опасность, подстерегающая при работе - попадание жидкого азота на обычную одежду, так как произойдет мгновенное смачивание ткани, ее очень быстрое охлаждение, и травмирующее холодовое воздействие уже на кожу через очень холодную ткань - это даёт почти гарантированный холодовой ожог.
Условно, главная фобия здесь - жидкий азот попал вам в ботинок - это больно, знаем не понаслышке 🙈. Ну и как с сухим льдом, не помещать жидкий азот в закрытый объем - бытовой закрученный термос с LN2 рванет очень скоро, быстрее чем вам кажется. Для переноски нужен специальный негерметичный термос. Про употребление в пищу даже не пришло бы в голову говорить, в начале поста описано, что будет в этом случае.
Ну и немного экзотики -
С этим вы вряд ли столкнетесь, если не занимаетесь экспериментом в области низких температур ❄️. Но для полноты истории расскажем и про него.
Свойства. Жидкость при температуре 4.2 К, выкипает при комнатных условиях почти мгновенно (доли секунды) из за ультранизкой теплоты испарения и огромной теплопроводности. Хранят его также только в сосудах Дьюара, которые зачастую ещё имеют дополнительную полость заполненную жидким азотом - так называемую "азотную рубашку".
Риски. Умеренный риск удушения при резком испарении большого количества в плохо вентилируемом помещении - скапливается вверху, так как очень лёгкий. Впрочем, гелий так же нетоксичен, поэтому грозит "лишь" гипоксия 🙈. Взрыв ёмкости при неосторожном обращении и резком притоке тепла. А ещё гелий дорогой, так что ещё имеется риск финансовых убытков, если все улетело в атмосферу 😂. По этой причине, кстати, обычно дьюары подключены к гелиевой сети, которая собирает то что испарилось для последующего использования.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
👍6👌1
Праздничный опрос, ура!!
🪄 ✨ ✨ Какой календарный год известен благодаря достижениям в физике как "annus mirabilis", или год чудес? ❓
Anonymous Quiz
13%
1900
65%
1905
23%
1925
0%
1888
⚛️ Электронная система сверхпроводника ⚛️
📚 Ранее - части 0, 1, 2.
📚 Часть 3 - И все таки, кто живёт в кристалле?
Итак, в металлах и полупроводниках ток переносится не электронами, а квазичастицами, концепция которых оказалась очень плодотворной для физики твердого тела и была впервые предложена, в частности, для обсуждаемой нами задачи, Львом Ландау.
Вообще, любая квазичастица является коллективным возбуждением. Самый типичный пример - фонон, описывающий индивидуальные возбуждения нормальных мод собственных механических колебаний ионов в решетке кристалла. Так вот, все "электроны", о которых мы говорим, в сущности такие же квазичастицы, то есть, выделенные собственные моды колебаний электронной системы, и эти моды , в квантовом смысле, уже в свою очередь "населяются" отдельными частицами. В некоторых конфигурациях, в рамках этого подхода очень удобно говорить про "дырки" - сходные квазичастицы, однако, представляемые как отсутствие одного или лишь нескольких электронов в самых высокоэнергетических состояниях в остальном полностью заполненной зоны. Они имеют эффективный положительный заряд, и их введение помогает избежать работы с "электронами", у которых эффективная масса отрицательна (для квазичастицы - это не глупость, отрицательная масса вполне корректна, просто с этим неудобно работать).
Маленький итог напоминает рассказанный нами ранее каламбур:
Так и здесь, "электроны" и "дырки" - это не электроны и тем более не дырки, а различные квазичастицы всей сложной и, в принципе, взаимодействующей электронной системы кристалла.
Продолжение следует...
📚 Ранее - части 0, 1, 2.
📚 Часть 3 - И все таки, кто живёт в кристалле?
Итак, в металлах и полупроводниках ток переносится не электронами, а квазичастицами, концепция которых оказалась очень плодотворной для физики твердого тела и была впервые предложена, в частности, для обсуждаемой нами задачи, Львом Ландау.
Вообще, любая квазичастица является коллективным возбуждением. Самый типичный пример - фонон, описывающий индивидуальные возбуждения нормальных мод собственных механических колебаний ионов в решетке кристалла. Так вот, все "электроны", о которых мы говорим, в сущности такие же квазичастицы, то есть, выделенные собственные моды колебаний электронной системы, и эти моды , в квантовом смысле, уже в свою очередь "населяются" отдельными частицами. В некоторых конфигурациях, в рамках этого подхода очень удобно говорить про "дырки" - сходные квазичастицы, однако, представляемые как отсутствие одного или лишь нескольких электронов в самых высокоэнергетических состояниях в остальном полностью заполненной зоны. Они имеют эффективный положительный заряд, и их введение помогает избежать работы с "электронами", у которых эффективная масса отрицательна (для квазичастицы - это не глупость, отрицательная масса вполне корректна, просто с этим неудобно работать).
Маленький итог напоминает рассказанный нами ранее каламбур:
Атом Бора - это не атом бора, а атом водорода.
Так и здесь, "электроны" и "дырки" - это не электроны и тем более не дырки, а различные квазичастицы всей сложной и, в принципе, взаимодействующей электронной системы кристалла.
Продолжение следует...
👍1🥰1🤷1
Сверхпроводниковые квантовые технологии ❄️
Праздничный опрос, ура!!
🪄 ✨ ✨ Какой календарный год известен благодаря достижениям в физике как "annus mirabilis", или год чудес? ❓
Перенесемся в конец 19 века, и что же мы увидим? Беспрецедентная плотность новых открытий в физике позволяет называть чудесным чуть ли не каждый год.
Казалось бы, такие краеугольные камни здания физики! Однако, наиболее часто "чудесным годом" называется именно 1905, в котором вышло аж четыре статьи Эйнштейна, да вдобавок ещё и по совершенно разным вопросам - фотоэффект, диффузия, СТО и на десерт, эквивалентность массы и энергии. Каждая из них послужила основанием для целой области физики.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
💯3👌1