Физика Главная страница Понедельник | 10.12.2018 | 13:34 | RSS 

Наука мира

образовательный портал по физике
Сайт по физике Наука мира
Связь
Кнопка сайта

Наука мира - сайт Тихомолова Евгения

посмотреть другие

Опрос
Как Вам сайт
Всего ответов: 327
Статистика



Онлайн всего: 8
Гостей: 8
Пользователей: 0
Главная » 2012 » Ноябрь » 27 » Нобелевская премия по физике 1901-2000 (часть 4)
22:37
Нобелевская премия по физике 1901-2000 (часть 4)
Конденсированных сред
Кристаллы характеризуются регулярным расположением атомов. Сравнительно скоро после открытия рентгеновских лучей, был реализован Макс фон Лауэ , что такие лучи дифракции при прохождении через кристаллических твердых тел, таких как свет, проходящий оптической решетки. Этот эффект связан с тем, что длина волны общих источников рентгеновского излучения, случается, совпадают с типичными расстояниями между атомами в этих материалах. Впервые он был использован систематически сэр Уильям Генри Брэгг и Уильям Лоренс Брэгг (отец и сын) для измерения межатомных расстояний и анализа геометрического расположения атомов в простых кристаллов. В свою новаторскую работу в области рентгеновской кристаллографии (который позже был разработан для высокой степени сложности), они получили Нобелевскую премию по физике; Лауэ в 1914 году и Braggs в 1915 году.

Кристаллическая структура является наиболее стабильным из различных способов, в которых атомы могут быть организованы, чтобы сформировать определенные твердые при распространенных условий температуры и давления. В 1930-х годах Перси У. Бриджмена изобрели устройства, которые очень высоких давлениях могут быть применены к различным твердых материалов и изучали изменения в их кристаллической, электрические, магнитные и тепловые свойства. Многие кристаллы фазовые переходы в таких экстремальных условиях, с резкими изменениями в геометрической механизмы их атомов в некоторых четко определенных давлениях. Бриджмен получил премию физике в 1946 году за открытия в области физики высоких давлений.

Нейтронов низких энергий стали доступны в больших количествах, чтобы экспериментаторы путем разработки ядерных реакторов в 1940-х годах. Было установлено, что эти нейтроны, как рентгеновские лучи, были полезны для определения структуры кристаллов, поскольку связанные с ними длин волн де Бройля также попадают в диапазон типичных межатомные расстояния в твердых телах. Clifford G. Shull способствовала сильно к развитию техники нейтронной дифракции для определения структуры кристаллов, а также показали, что регулярное расположение магнитных моментов на атомах в упорядоченных магнитных материалов может привести к нейтронограммы, обеспечивая новый мощный инструмент для определения магнитной структуры.

Shull был награжден премией физике в 1994 году, вместе с Бертрам Н. Брокхауз , которые специализируются на другой аспект рассеяния нейтронов на конденсированного вещества: небольшие потери энергии в результате, когда нейтроны возбуждения колебательных мод (фононов) в кристаллической решетке. Для этой цели разработана Брокхаус 3-осевой нейтронного спектрометра, в котором полные кривые дисперсии (фононной энергии как функции волнового вектора) может быть получена. Аналогичные кривые могут быть записаны на магнитные колебания в решетках (магнонной моды).

Джон Х. Ван Флек внес значительный вклад в теорию магнетизма в конденсированных средах в первые годы после создания квантовой механики. Он рассчитывается эффект химической связи на парамагнитных атомов и объяснил, влияние температуры и магнитного поля на их магнетизм. В частности, он разработал теорию кристаллического поля на эффект магнетизма соединений переходных металлов, который имеет большое значение для понимания функции активных центров в соединениях для лазерной физики, а также в биомолекул. Он разделил премию физики в 1977 году Philip W. Anderson и сэр Невилл Мотт (см. ниже).

Магнитные атомы могут иметь свои моменты все заказаны в том же направлении, в каждом домене (ферромагнетизм), с чередованием "вверх" и "вниз" моментами одного и того же размера (простой АФ) или с более сложной модели, включая различные магнитные подрешетки (ферримагнетиков, и т.д. ). Louis EF Нееля введены базовые модели для описания антиферромагнитных и ферримагнитных материалов, которые являются важными компонентами во многих твердотельных устройств. Они были тщательно изучены вышеупомянутых методов нейтронной дифракции. Нееля получил половину премии физике в 1970 году.

Геометрический порядок атомов в кристаллических твердых тел, а также различных видов магнитного порядка, являются примерами общего заказа явлений в природе, когда системы находят энергетически выгодным расположением, выбирая определенное состояние симметрии. Критические явления, которые возникают при переходах между состояниями различной симметрии подходили (например, при изменении температуры), обладают высокой степенью универсальности для различных типов переходов, в том числе магнитных. Кеннет Дж. Уилсон , который получил физики премии в 1982 году, разработал так называемую теорию перенормировок для критических явлений в связи с фазовыми переходами, теория, которая также нашла применение в некоторых теориях области физики элементарных частиц.

Жидкие кристаллы образуют определенный класс материалов, которые показывают много интересных особенностей, с точки зрения фундаментальных взаимодействий в конденсированных сред, а также для технических приложений. Пьер-Жиль де Жен разработал теорию поведения жидких кристаллов и их переходы между различных упорядоченных фаз (нематик, смектик и т.д.). Он также статистической механике для описания механизмов и динамики полимерных цепей, тем самым показав, что методы, разработанные для заказа явления в простых системах, могут быть обобщены на сложные, происходящие в "мягких конденсированных сред». За это он получил премию физике в 1991 году.

Другой специфической форме жидкости, которая получила внимание жидкого гелия. При нормальном давлении, это вещество остается жидким вплоть до самых низких температур достижима. Это также показывает большой изотопных эффектов, так как конденсируется в жидкость при температуре 4,2 К, в то время как более редкий изотоп остается в газообразной форме до 3,2 К. Гелий впервые был сжиженные Хайке Камерлинг-Оннес в 1909 году. Он получил премию физики в 1913 году для производства жидкого гелия и за его исследования свойств веществ при низких температурах. Льва Давидовича Ландау сформулировал основные понятия (например, «Ландау жидкость") в отношении многочастичных эффектов в конденсированных средах и прикладных их теории жидкого гелия, объясняя, специфические явления, происходящие в таких, как сверхтекучесть (см. ниже), "ротонной" возбуждений, и некоторые акустические явления. Он был удостоен премии физике в 1962 году.

Несколько экспериментальных методов, используемых для производства и исследования низких температур явления были разработаны Л. Капица Петр в 1920-х и 30-х годов. Он изучал многие аспекты жидких и показал, что его сверхтекучести (то есть протекающий без трения) ниже 2,2 К. сверхтекучее состояние было поздно понимают проявление макроскопической квантовой когерентности в Бозе-Эйнштейна типа конденсата (теоретически предсказано в 1920) с ним много общих черт с сверхпроводящего состояния для электронов в некоторых проводников. Капица получил половину премии по физике 1978 года.

В жидком , дополнительные, уникальные явления показывают, потому что каждое ядро имеет ненулевым спином, в отличие от тех . Таким образом, это фермион типа частиц, и не должны быть в состоянии участвовать в бозе-эйнштейновской конденсации, которая работает только для бозонов. Однако, как и в сверхпроводимости (см. ниже) пар спина половину частицы могут образовывать «квази-бозонами", которая может конденсироваться в сверхтекучей фазе. Сверхтекучесть в , которых температура перехода уменьшается в тысячу раз по сравнению с жидкостью , был обнаружен David M. Lee , Дуглас Д. Ошеров и Роберт С. Ричардсона , который получил премию физике в 1996 году. Они наблюдали три различных сверхтекучих фаз, показывая сложные вихревые структуры и интересное квантовое поведение.

Электронов в конденсированных средах могут быть локализованы в соответствующих атомов, как в изоляторах, или они могут быть свободно перемещаться между атомными сайтах, как в проводниках и полупроводниках. В начале 20-го века было известно, что металлы испускаемых электронов при нагревании до высоких температур, но это было не ясно, было ли это связано только с тепловым возбуждением электронов или химического взаимодействия с окружающим газом были также вовлечены. С помощью опытов, проведенных в высоком вакууме, Оуэн У. Ричардсон мог, наконец, установить, что электронная эмиссия эффект чисто термо-и права, основанного на распределении скоростей электронов в металле можно было бы сформулировать. Для этого, Ричардсон получила премию в физике 1928 (присуждена в 1929 г.).

Электронная структура определяет электрические, магнитные и оптические свойства твердых тел и имеет также большое значение для их механическое и термическое поведение. Это была одна из основных задач физики в 20-м веке для оценки состояния и динамики электронов и моделировать их поведение, чтобы понять, как они организуют себя в различных видах твердого тела. Вполне естественно, что самые неожиданные и экстремальные проявления поведения электрона привлекли наибольший интерес в сообществе физиков твердого состояния. Это также отражено в Нобелевская премия по физике: несколько призов были награждены за открытие связано с сверхпроводимости и для некоторых очень специфических эффектов отображается в некоторых полупроводниковых материалов.

Сверхпроводимость была открыта еще в 1911 году Камерлинг-Оннес, который заметил, что электрическое сопротивление ртути упал до менее чем одна миллиардная часть своего обычного значения, когда она охлаждается намного ниже температуры перехода , которая составляет около 4 К. Как уже упоминалось ранее , он получил премию физики в 1913 году. Тем не менее, это займет очень долгое время, прежде чем оно было понять, почему электроны могли течь без сопротивления в некоторых проводниках при низких температурах. Но в начале 1960-х годов Леон Н. Купер , Джон Бардин и J. Роберт Шриффера сформулирована теория, основанная на идее, что пар электронов (с противоположными спинами и направлениями движения) может понизить свою энергию на величину путем обмена точно так же деформации кристаллической решетки, как они двигаются. Такие «куперовских пар" выступают в качестве бозонной частицы. Это позволяет им двигаться как единое макроскопическое жидкости, нетронутыми до тех пор, тепловые возбуждения (энергии ), ниже по энергии, чем энергия накопленного образования пар. Так называемые теории БКШ была награждена премией физике в 1972 году.

Этот прорыв в понимании квантово-механической основой привело к дальнейшему прогрессу в сверхпроводящих цепей и компонентов: Брайан Д. Джозефсон проанализировал передачу сверхпроводящих носителей между двумя сверхпроводящими металлами, разделенных очень тонким слоем нормального проводящего материала. Он обнаружил, что квантовый фазовый, которое определяет транспортные свойства, является осциллирующей функцией приложенного напряжения на такой переход. Эффект Джозефсона имеет важные приложения в точности измерений, так как она устанавливает связь между напряжением и частотой масштабах. Джозефсоновских получил половину премии по физике 1973 года. Джайевера , который изобрел и изучал подробные свойства "туннельный переход", электронные компоненты на основе сверхпроводимости, общие второй половине с Лео Эсаки для работы на туннельных явлений в полупроводниках (см. ниже).

Несмотря на значительное число новых сверхпроводящих сплавов и соединений были обнаружены за первые 75 лет, которые последовали открытия Камерлинг-Оннес, казалось, что сверхпроводимость навсегда останется типичным явлением низкой температуре, с предельной для перехода температуры чуть выше 20 К. Поэтому она стала полной неожиданностью, когда J. Георг Беднорцем и К. Александр Мюллер показал, что лантан-оксид меди можно сделать сверхпроводящих до 35 К при легировании его с небольшим количеством бария. Вскоре после этого, другие лаборатории сообщили, что купраты подобной структуры было сверхпроводящих примерно до 100 К. Это открытие "высокотемпературных сверхпроводников" срабатывает одно из величайших усилий в современной физике: чтобы понять основной механизм сверхпроводимости в этих необычных материалов. Беднорцем и Мюллер общей физики премию в 1987 году.

Движение электронов в нормальном проведении состояния металлов была смоделирована теоретически с увеличением степени сложности, с тех пор появлением квантовой механики. Одним из первых важных шагов стало введение понятия Блоха волны, названные в честь Феликса Блоха (половина физико премии по магнитному резонансу в 1952). Другим важным понятием "электронной жидкости" в проводниках, была введена Лев Ландау (см. жидкого гелия). Филип У. Андерсон сделал несколько важных вкладов в теории электронной структуры в металлических системах, в частности, о влиянии неоднородностей в сплавах и магнитных примесных атомов в металлах. Невилл Мотт работал на общих условиях электронной проводимости в твердых телах и сформулированы правила для точки, в которой диэлектрик становится проводником (переход Мотта), когда композиция или внешние параметры будут изменены. Андерсон и Мотта общей физики в 1977 году премию с Джоном Х. Ван Флек для их теоретические исследования электронной структуры магнитных и неупорядоченных систем.

Физика ранней премии (1920) было дано Charles E. Guillaume за его открытие, что тепловое расширение некоторых сталях никеля, так называемые "Инвар" сплавов, была практически равна нулю. Эта премия была в основном обусловлена ​​важность этих сплавов для прецизионных измерений в физике и геодезии, в частности, когда речь идет о стандартном метра в Париже. Инвар сплавы широко используются во всех видах высокоточных механических устройств, часы и т.д. теоретические основы этой температуре независимости было объяснено лишь недавно. Также совсем недавно (1998), Вальтер Кон была признана Нобелевской премии по химии за его методы лечения квантовые корреляции обмена, в которых важные ограничения для предсказательной силы расчеты электронной структуры, в твердых телах, а также молекулы, были преодолены.

В полупроводниках подвижность электронов сильно снижается, потому что запрещено регионов для энергии электронов, которые принимают участие в проводимости, "энергетической щели". И только после основных ролей допинг сверхчистого кремния (а затем и других полупроводниковых материалов) с выбранным донорные или электронно-принятие агенты поняли, что полупроводники могут быть использованы в качестве компонентов электронной техники. Уильям Шокли , Джон Бардин (см. также BCS-теории) и Walter H. Браттейн проводят фундаментальные исследования полупроводников и разработали первый транзистор. Это было началом эпохи «твердотельная электроника". Они разделили премию физике в 1956 году.

Позже, Лео Эсаки разработали туннельный диод, электронный компонент, который имеет отрицательное дифференциальное сопротивление, технически интересным свойством. Он состоит из двух сильно и легированных полупроводников, которые имеют избыток электронов на одной стороне перехода и дефицит других. Туннельный эффект возникает при смещениях больше, чем щель в полу-проводниках. Он разделил премию по физике 1973 года Брайан Д. Джозефсон.

С современными методами можно создать четко определенную, тонкослойных структур различных полупроводниковых материалов, в непосредственном контакте друг с другом. С такой «гетероструктур" одним не ограничивается полосой пробелы предоставляемых полупроводниковые материалы, такие как кремний и германий. Герберт Кремер теоретический анализ подвижности электронов и дырок в гетероструктурах соединений. Его предложения привели к созданию транзисторов с гораздо улучшенными характеристиками, позже названной HEMTs (высокой подвижностью электронов транзисторов), которые очень важны в высокоскоростных сегодняшней электроники. Кремер предложил также, примерно в то же время, как Жорес Иванович Алферов, использование двойных гетероструктур, создание условий для лазерного воздействия. Алферов позже построил первый рабочий импульсный полупроводниковый лазер в 1970 году. Это ознаменовало начало эпохи современных оптико-электронных приборов в настоящее время используется в лазерных диодах, CD-плееры, устройства считывания штрихового кода и связи волоконной оптики. Алферов и Кремер недавно поделился половину премии по физике 2000 года. Другая половина пошла к Джеку Килби С., один из изобретателей интегральной схемы (см. следующий раздел по физике и технологии).

Применяя надлежащего напряжения электрода к таким системам можно сформировать "инверсионных слоев", где носители заряда двигаться по существу только в двух измерениях. Такие слои оказались есть некоторые довольно неожиданные и интересные свойства. В 1982 году Клаус фон Клитцинг обнаружили квантового эффекта Холла. При сильном магнитном поле перпендикулярно к плоскости квази двумерный слой, квантовые условия таковы, что увеличение магнитного поля не приводит к линейному увеличению напряжения на краях образца, но шаг -мудрым. Между этими шагами, сопротивление зал , где я это целые числа, соответствующие квантованных орбит электронов в плоскости. Так как это дает возможность измерить соотношение между двумя фундаментальными константами очень точно, она имеет важные последствия для измерительной техники. фон Клитцинг получил премию физике в 1985 году.

Еще одна неожиданность пришла вскоре после этого, когда Даниэль С. Tsui и Horst Л. Штермера сделал изысканный исследования квантового эффекта Холла использованием инверсионных слоев в материалах ультра-высокой чистоты. Плато появился в зале эффект не только для магнитных полей, соответствующих заполнение орбиты с одной, двумя, тремя и т.д., заряда электрона, но и для полей, соответствующих дробные заряды! Это может быть понято только в терминах нового вида квантовой жидкости, в которой движение электронов независимым заряда электронной заменить возбуждения в многочастичной системе, которые ведут себя (в сильном магнитном поле), как если бы заряды , и т.д. были вовлечены. Роберт Б. Лафлин разработал теорию, которая описывает это новое состояние материи и общей физики в 1998 году премию с Цуй и Штермера.

Иногда, открытия, сделанные в одной области физики, оказываются имеют важные применения в самых разных областях. Одним из примеров, имеющих значение для физики твердого тела, является наблюдение Рудольф Л. мессбауэровской в конце 50-х годов, что ядра в "поглотитель" атомы могут быть резонансном возбуждении лучей от подходящим образом выбранная "эмиттер" атомов, если атомы в обоих случаях связаны таким образом, что откаты будут устранены. Квантованной энергией ядер во внутренних электрических и магнитных полей твердых может быть измерена, так как они соответствуют различным позициям резонансы, которые являются чрезвычайно острыми. Это оказалось важным для определения электронной и магнитной структуры многих веществ и мессбауэровской получил половину премии физике в 1961 году и Р. Хофштадтер другой половины.
Просмотров: 5270 | Добавил: Евгений | Теги: Наука мира, физика, нобель | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Личный кабинет
Наука мира


Ссылки
Поиск
Друзья сайта
Школьная физика - сайт учителя физики Шептикина А.С.