F I z I k a o’quv qo’llanma

 

 27.13    O’ta o’tkazuvchanlik hodisasi 

Yetarlicha  past  temperaturalarda  ba’zi  metallarning  elektr  qarshiligi  birdaniga 

(sakrashsimon  tarzda)  nolga  teng  bo’lib  kolishi  o’ta  o’tkazuvchanlik  deb  ataladi. 

Mazkur  hodisa  1911  yilda  golland  fizigi  Kamerling  –  Onnes  tomonidan kuzatilgan. 

U toza simobning  

---

 

449 

Elektr  qarshiligini  juda  past  temperaturalarda  o’lchash  choғida  4,  2  K 

temperaturada  simobning  qarshiligi  nolgacha  kamayib  ketishini  aniqladi. 

Keyinchalik,  ba’zi  metallarda  ham  o’ta  o’tkazuvchanlik  hodisasi  kuzatildi. 

Jismning  o’ta  o’tkazuvchan  hodisasi  sodir 

bo’ladigan  temperatura  T

k

  kritik  temperatura 

deb  yuritiladi.  O’ta  o’tkazgich  orqali  o’tayotgan 

tok  juda  uzoq  vaqt  saqlanishi  kerak  27.21- 

rasmda  sxematik  tasviri  keltirilgan  tajribaga 

etibor  bering.  O’ta  o’tkazgichdan  yasalgan 

galtak  suyuq  geliy  bilan  to’ldirilgan  idishga 

joylashtiriladi  va  idishdan  tashqariga  tok  manbai 

ulanadi.  Galtakga  parallel  ulangan  qarshilikni  T

k

  dan  pastroq  temperaturagacha 

sovutiladi  va  zanjir  manbaidan  ajratiladi.  Binobaran,  tok  manbai  galtak  L  va 

qarshilik  R  dan  iborat  berk  zanjir  bo’ylab  elektr  tokni  «yurguzib  yuboruvchi turtki 

»  vazifasini  o’taydi.  Tajribalardan  aniqlanishicha, o’ta o’tkazgichdan yasalgan berk 

zanjir  bo’ylab  elektr  toki  uch  yil  davomida  intensivligi  o’zgarmagan  holda  o’tib 

to’rgan.  

 

Meyssner  effekti  deb  nom  olgan  o’ta  o’tkazgichlarning  yana  bir  xossasi 

1933  yilda  kashf  etildi.  O’ta  o’tkazuvchanlik  xususiyatiga  ega  bo’lgan  metalni 

magnit  maydonga  joylashtiraylik  va  temperaturani  pasaytirib  boraylik.  Kritik 

temperaturadan  yuqori  (T>T

k

)  temperaturalanda  metaldagi  magnit  maydon  noldan 

farqli,  T

k

  da  esa  metaldagi  magnit 

maydon  induksiyasi  nolga  teng  (V=0) 

bo’ladi  (27.22-  rasm)  boshqacha  aytganda 

metal  o’ta  o’tkazuvchan  holatga  o’tganda 

magnit  induksiya  chiziqlarini  o’zidan  itarib 

chiqaradi.  

 

Ma’lumki,  tashqi  magnit  maydon  ta’sir  etmagan  holda  ferromagnetizm 

xususiyatlariga  ega  bo’lmagan  metallarda  magnit  induksiyasi  nolga  teng.  Buning 

sababi  shundagi,  moddani  elementar  toklarning  magnit  maydonlari  batomon 

27.21-rasm 

27.22-rasm 

---

 

450 

tartibsiz  bo’lganligi  uchun  bir  –birini  kompensatsiyalaydi.  Kuchlanganligi  N 

bo’lgan tashqi maydon ta’sirida moddada V =  N maydon vujudga keladi. Magnit 

singdiruvchanligi    >  1  bo’lgan paramagnit moddalarda maydon kuchayadi,   < 1 

bo’lgan  deamagnit  maddalarda  esa  maydon  susayadi.  O’ta  o’tkazgichlarda  V  =0. 

Binobaoran,  o’ta  o’tkazgich  uchun    =0.  Shuning  uchun  o’ta  o’tkazgichni  ideal 

diamagnetik  deb  ham  ataladi.  Ideal  diamagnetizm  quyidagicha  tavsif  etiladi. 

Tashqi  magnit  maydonga  joylashtirilgan  o’ta  o’tkazuvchan  metallning  sirt 

qatlamida  statsionar  elektr  tok  vujudga  keladi.  Bu  tokning  magnit  maydoni  tashqi 

magnit  maydonga  qarama  –  qarshi  yo’nalgan.  Shuning  uchun  metal  ichkarisidagi 

magnit  maydon induksiyasi  nolga teng bo’ladi.  

 

O’ta  o’tkazuvchanlik  nazariyasini  Bardin,  Kuper,  Shrifferlar  yaratishdi 

(BKSh  nazariyasi)  va  N.  N  Bog’olyubov  tokomillashtirdi.  Bu  nazariyada  o’ta 

o’tkazuvchanlik  nazariyasi  sifat  jixatidan  quyidagicha  tushuntiriladi.  Metallardagi 

elektronlar  orasida  kulon  qonuniga  buysinuvchi  o’zaro  itarilish  bilan  birgalikda 

ba’zi  hollarda  o’zaro  tortishish  ham  amalga  oshadi.  Elektronlarning  o’zaro 

tortishishi  elektronlar  va  kristal  panjara  issiqlik  tebranishlari  orasidagi  o’zaro 

ta’sirlashish  tufayli  vujudga  keladi.  Bu  ta’sirlashishda  Fermi  sathiga  yaqin 

joylashgan  sathlarda  elektronlar  fononlarni  chiqarishi  va  yutishi  mumkin.  Mazkur 

jarayonni  elektronlarning  fotonlar  almashinishi  tarzida  tasavvur  etish  mumkin. 

Bunday  foton  almashinuv  elektronlar  orasidagi  o’zaro  ta’sirni  vujudga  keltirishi 

BKSh  nazariyasida  asoslanadi.  O’ta  o’tkazuvchanlik  xususiyatiga  ega  bo’lgan 

moddalarda  past  temperaturalarda  elektronlar  orasidagi  o’zaro  tortishish  kuchi 

kulon  itarish  kuchidan  katta  bo’lib  qoladi.  Natijada  qarama  qarshi  yo’nalgan  spinli 

va  impulsli  ikki  elektron  «juft»  bo’lib  bog’lanib  qoladi.  Bunday  juft  elektronlarni 

bir  biriga  yopishib  qolgan  ikki  elektron  tarzida  tasavvur  etish  noto’g’ri.  Aksincha, 

juft  elektronlar  orasidagi  masofa  10

-6

  bo’lib,  u  kristall  panjara  doimisi  (10

-10

)  dan 

taxminan  10

4

  marta  katta.  Binobaran,  o’ta  o’tkazgichlarda  tabiatda  juda  kam 

uchraydigan  uzoqdan  bog’lanish  sodir  bo’ladi.  Juft  elektronlarning  spini  nolga 

teng,  ya’ni  ular  bozonlardir.  O’ta  o’tkazgichlik  nazariyasida  qayd  qilingandek, 

---

 

451 

bozonlar  yetarlicha  past  temperaturalarda  o’ta  oquvchan  bo’la  oladi,  ya’ni  ichki 

ishkalanishsiz  okadi.  Demak  o’ta  o’tkazuvchanlik  —boze  gazning  o’ta 

oquvchanligi  deb  tushinish  mumkin.  O’ta  o’tkazuvchan  moddada  juft 

elektronlardan  tashqari  oddiy  elektronlar  ham  mavjud.  Shuning  uchun,  o’ta 

o’tkazgichda  ikki  xil  suyuqlik  —  oddiy  va  o’ta  oquvchan  komponentlar  mavjud, 

deya olamiz.   

 

0  K  temperaturada  juft  elektronlar  Fermi  sathidan pastda joylashadi. Bu  sath 

metaldagi  elektronlar  normal  holatini  ifodalovchi  eng  yaqin  sathdan  W

c

  kadar 

pastda  joylashadi.  Energetik  tirqish  deb  yuritiluvchi  W

c

  ning  qiymati  T=0  da 

metalning  o’ta  o’tkazuvchan  holatga  utishini  harakterlovchi  kritik  temperatura  T

k

 

ga mos keluvchi  issiqlik  harakat energiyasi  kT

K

 bilan aniqlanadi.   

Boshqacha  aytganda,  o’ta  o’tkazuvchan  holati  asosiy  holatdan  tirqish  W

c

 

bilan  ajralgan.  Zero,  o’tkazgichdagi  juft  elektronlar  yuқolishi  uchun  unga  eng  kami 

W

c

  kadar  energiya  berish  kerak.  Juda  past  temperaturalarda  kristall  panjara 

energiyaning  bunday  ulushini  bera  olmaydi.  Shuning 

uvchun  juft  elektronlar  juda  past  temperaturalarda 

Mustahkam  sisitema  bo’lib  tashqi  elektr  maydon 

qarshiligiga  uchramasdan  harakatlanadi,  ya’ni  o’ta 

o’tkazgich 

hodisasi 

namoyon 

bo’ladi. 

O’ta 

o’tkazgiyaning  harorati  ortgan  sari  tirqish  kengligi 

W

c

  ning qiymati kamayib boradi va T

K

 temperaturada 

nolga  tenglashadi.  Shuning  uchun  juft  elektronlar  T

K

 

temperaturada  yo’qoladi  va  modda  normal  holatga 

o’tadi.  

 

1986  yil  oxiri  1987  yil  boshida  yuqori  temperaturali  o’ta  o’tkazgichlar kashf 

qilindi.  Ba’zi  metalloksid  birikmalar,  hattoki,  100  K  temperaturada  ham  o’ta 

o’tkazgichlik  xususiyati  qayd  qilindi.  Mazkur  temperatura  suyuq  azotning  kaynash 

temperaturasi  (77  K)  dan  ancha  yuqoriligini  e’tiborga  olsak,  o’ta  o’tkazgichlarni 

amalda  qo’llanishiga  sabab  bo’layotgan  temperaturaviy  to’siq,  absolyut  nolga 

yaqin temperaturalarni  vujudga  keltirish  muommasidan  qutilishga  erishiladi.   

27.23-rasm 

---

 

452