הכנת החומר המוצק. 1. איפיון: 2. א. מבני )גבישי( וכימי )הרכב(. )... , , מיקרוסקופ
מחבר :גאורגיי שולגה קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק .1הכנת החומר המוצק. .2איפיון: א .מבני (גבישי) וכימי (הרכב). ב .פונקציונלי - :מיקרוסקופיה (אופטית)... ,STM ,AFM , מדידות חשמליות. מדידות מגנטיות. מדידות אופטיות. .3טכניקות כלליות של מדידות :שיפור היחס בין האות לרעש. מדידות כפוקנציה של הטמפרטורה ,לחץ... , מדוע נושא החומרים חשוב? בד"כ חומר ממש חדש מוביל לתגליות חדשות. דוגמאות: . ) .פרס נובל למגלים .1מוליכי על בטמפרטורות גבוהות ( (בורות קוונטיים) .נועדו לייצור התקנים אופטיים. ו- .2חומרים שהם שכבות דקות של . מדדו בשדה מגנטי וגילו מחשבים ונגזרותיהם (חצאי מוליכים) .פרס נובל על המצעת טרנזיסטור .תאים סולריים.באיזו צורה חשוב להכין את החומר? חומר מוצק .חייבים להכין גביש יחיד :חומר מוצק גבישי ,שכיווני השריג שלו תערובת של כימיכלים זהים בכל הדגם. דוגמא :מוליכי על בטמפרטורות גבוהות: 𝒂 "חוזק" של מוליכות על 𝒄 𝒃 מוליכות על חלשה מאוד (מנהור). 𝒃 𝒂 מוליכות על "חזקה" (עד פי תהליך הכנה של גבישים אחרי שהרבבנו את המרכיבים של החומר ,שמים בתנור ומתיכים אותם. כיצד קורית התגבשות? לחץ נוזל מוצק גז טמפרטורה ~ יותר מבכיוון 𝑐). דיאגרמת פאזה של חומר העשוי מייסוד אחד קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק מחבר :גאורגיי שולגה 𝐹 𝐹 מוצק 𝑉𝐹 אנרגיה חופשית 𝐹 נוזל טמפרטורת ההתכה טמפרטורה גרגיר מוצק שנוצר כתוצאה מפלוקטואציה האנרגיה החופשית של הגרגיר: 𝛾 כאשר האיבר הראשון הוא איבר הנפח ואיבר השני הוא מתח שטח פנים. הוא הפרש בין אנרגיה חופשית ליחידת נפח של מוצק ונוזל. ,כאשר: הגרגיר יגדל עבור נוזל 𝑟 𝑉𝐹 מוצק ,הגרגיר ימשיך לגדול. ,הגרגיר יימס .אם אם אנחנו רוצים גרגיר יחיד של מוצק שממנו גודל כל הגביש. שיטת מנוע טמפרטורה גוף חימום נוזל מוצק מקום דיאגרמת פאזות אופיינית לתערובת של נוזל של 𝐴 ו𝐵- טמפרטורה מוצק 𝐵 ונוזל של 𝐴 ו𝐵- מוצק 𝐵 )הכל 𝐵( מוצק 𝐵𝐴 ונוזל של 𝐴 ו𝐵- מוצק 𝐵𝐴 𝑥 𝐵 𝐴 מוצק 𝐴 ונוזל של 𝐴 ו𝐵- מוצק 𝐵𝐴 ומוצק 𝐴 מוצק 𝐵𝐴 ומוצק 𝐵 𝐵 יסודות 𝑥 טמפרטורה מוצק 𝐴 𝑥 )הכל 𝐴) מחבר :גאורגיי שולגה קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק המוט מוכן עם ריכוז תערובת רצוי. חימום של אזור מוגבל איננו מאפשר שינוי של ריכוז. מוצק גבישון יחיד חימום חימום מוצק קצב התגבשות/קצב גידול מורידים עוד קצת את טמפרטורת המוצק, נוזל זרימת . ואז נוצרת שכבה נוספת של מוצק בעובי 𝑇 גבוהה יותר חום הקצב שבו החום מוסע (ליחידת שטח וחתך): 𝑥𝑑 כאשר הוא חום כמוס ,הוא גרדיאנט טמפרטורה ו- אם מקררים יותר מדי מהר ,אז כמות החום שניתן להסיע גבוהה מדי ומשטח הגידול גדל: צורה הזאת נקראת גידול "דינדריטי" (לדוגמא ,פתיתי שלג). תופעה זו לא רצויה ,הקשורה לקצב התגבשות מהיר מדי. מוצק 𝑇 נמוכה יותר הוא מוליכות החום של המוצק. מוצק נוזל גידול והכנה של שכבות דקות שכבה דקה מצע דוגמא לשכבה דקה ללא מצע: השכבה שאנו משקעים מתפרקת למספר איזורים (תת-שכבות) הנקראות איים. זה קורה בגלל אי-התאמה בין קבועי השריג ( ) של שכבה דקה המצע והחומר ממנו אנחנו מכינים את בשכבה. מצע .1כאשר יש התאמה מלאה ,זה נקרא "גידול אפיטקסיאלי" או גידול זה קורה כאשר קשרים בין אטום למצע חזקים יותר מאשר קשרים בין אטומים. .2גידול שילוב של שכבות ואיים. . (אמורפי ,פוליגבישי). .3גידול 3 בעיקר נוצרים איים של אטומים .זה קורה כאשר קשרים בין האטומים חזקים יותר מאשר קשרים בין אטום ומצע. 𝑎1 𝑎 קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק מחבר :גאורגיי שולגה תופעות עם שכבה דקה שצפיפות האטומים קטנה מצפיפות גבישית – שכבה אטומית אחת מוליכות חשמלית של השכבה (בטמפ' החדר) אחוז ()% כיסוי אטומי מתכת מצע (מבודד) אזור מעבר בין מבודד למוליך (𝑛𝑜𝑖𝑡𝑖𝑠𝑛𝑎𝑟𝑡 𝑟𝑜𝑡𝑎𝑙𝑢𝑠𝑛𝐼 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑀) מוליכות 3 גבול מעבר פאזה מוליכות אחוז ()% כיסוי זרם חשמלי טמפרטורה 3 שיטות להכנת שכבות דקות ). .1נידוף תרמי של חומר מוצא ( שיטה בעייתית אם עובדים עם חומר שמורכב יותר מייסוד אחד ,כי כל ייסוד מתנדף בקצב שונה. מצע שכבה דקה חומר מתנדף משאבה תא ריק (𝑚𝑢𝑢𝑐𝑎𝑣) חימום שיפוע קו שיווי משקל בין הפאזות: ) כאשר הוא חום כמוס, ממשוואת גז אידיאלי: ( הוא נפח מולרי של הגז, הוא נפח מולרי של המוצק (זניח ביחס ל.) - ) ( כדי לנדף מתכת ,שיהיה לחץ (כמות עדים) סביר ,צריך טמפרטורה של סדר גודל ) ~ (. מחבר :גאורגיי שולגה " .2התזה" ( קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק ). מצע שכבה דקה 𝐴𝑟 + "מטרה" גז של אטומים (בד"כ כזה שלא עושה אינטרקציה ,כמו ארגון) פוגע ב"מטרה" המורכבת מאטומים מהם רוצים לבנות שכבה דקה .אטומים עפים לקראת מצע ובונים שכבה דקה. ). .3אפיטקסיה בקרן מולקולרית ( פותחים את השערים (מכסים) באופן מבוקר כדי שהשטף של כל האטומים ייתן את ההרכב המבוקש על פני המצע. משמש כמד עובי של השכבה. ה- תא ריק (𝑚𝑢𝑢𝑐𝑎𝑣) RHEED gun מצע מסתובב מיכסים תאי אפוזיה חימום ). .4איכול בעמצאות לייזר ( שטח פגיעה כ~ 𝑚𝑐 פולס של לייזר 𝑠𝑛 ~𝑡 𝐽 ~𝐸 "מטרה" – תערובת של כל החומרים שרוצים שיהיו בשכבה דקה הספק של פולס של לייזר: ~ עומק שבו נבלעת הקרינה: דוגמא :פגיעה במטרה של זהב ~ ,צפיפות אטומים: ~ ,עומק המטרה: עובי (קוטר) המטרה: 1 ~ אטומים .אנרגיית העיבוי לאטום ( בתוך הנפח הזה יש 1 1 מתוך הפולס של לייזר האנרגיה הנמסרת לאטום היא: 1 כלומר ,הפולס מפרק את השכבה לאטומים בודדים. 1 ): 1 מחבר :גאורגיי שולגה קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק איפיון של דגמים :איפיון מבנה – פיזור קרני( -דיפרקציה) הפרש דרכים אופטיות: ,כאשר תנאי בראג: ) לקרני -אורך גל בתחום של (. . 𝑑 עוצמת פיזור כיצד מייצרים קרני? - צריכים מקור מונוכרומטי ( מוגדר היטב). שפורפרת של קרני: - ה"מטרה" היא בד"כ מנחושת. זווית פיזור (𝜃 ) אלקטרונים פוגעים באטומים של המטרה (מנחושת) ומעיפים אלקטרון מקליפה ) .ואז אחד ( או מאלקטרונים מקליפות יורד לרמה ונפלט פוטון באורך גל של קרני. - עבור נחושת: )( 1 ( ) 33 אורכי גל האלה מתאימים למרחקים הבין אטומיים . דגם וגלאי מסתובבים יחד .גלאי מסתובב בקצב כפול מהדגם! כאשר בגרף של עוצמת הפיזור כפונקציה של הזווית הפיקים (מקסימות) לא מסודרים – מקורם לא מהגביש מסודר. זה נקרא ספקטרום "אבקה". "אבקה" היא אוסף של גבישונים שונים מכוונים בכיוונים שונים שהדגם מורכב מהם ,כך שרק חלק מהגבישונים יתרמו למקסימה בכיוון מסוים בתמונת דיפרקציה הסופית. 𝜃 מחבר :גאורגיי שולגה .1 .2 .3 .4 קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק בעיה :רוחב הזווית של השיאים גדול ממה שצריך להיות ( יחסית גדול). פתרון :תהליך ההתגבשות לא אחיד – צריך לשנות טמפרטורה ו/או זמן. בעיה :חלק מהפיקים (מקסימות) בספקטרום חסרים. פתרון :הדגם איננו אוסף של גבישונים בעלי אוריינטציה עקראית ויש אפשרות שזהו גביש יחיד. בעיה :מופיעים פיקים (מקסימות) נוספים שלא צריכים להופיע. פתרון :ישנו יותר מחומר אחד (אי-נקיונות ,זיהומים). בעיה :ספקטרום ב 2-טמפרטורות שונות נראה שונה לגמרי. פתרון :קרה מעבר פאזה מבני תוך כדי קירור/חימום. מיקרוסקופיה של מוצקים :מיקרוסקופ אופטי ) לתוך הגדם ( אור ממוקד בעזרת עדשה מרכזת ( ) לתוך העין. אור מפוזר מהגדם ממוקד בעזרת עדשות ( Not resolved ). ) גבול אבחנה (קריטריון Clearly Barely עבור אור בעל אורך גל ועצם resolved resolved שגודלו (קוטר) ,גבול אבחנה: 𝜆 עבור אורך גל בתחום הנראה, גבול האבנה (עצמים הכי קטנים שניתן לראות) הוא: 𝜆1 𝜆 מיקרוסקופיה אלקטרונית ) ( 1 √ √ מבנה מיקרוסקופ אלקטרוני מקור אלקטרונים ) דרגת האצה (כמה עשרות עדשות מיקוד גלאים לאלקטרונים מפוזרים (או פוטונים) ניתוח תוצאות 1 קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק מחבר :גאורגיי שולגה מקור אלקטרונים :תרמויוני מקור אלקטרונים הוא בד"כ מתחת מחוממת. חימום נותן לאלקטרונים במתכת אנרגיה תרמית וברגע שאנרגיה זו גדולה (חימום גבוה) מפונקציית העבודה של המתכת – אלקטרונים (ויונים) נפלטים מהמתכת החוצה. בהשפעת פוטנציאל הם נעים בכיוון מוגדר ונוצרת קרן אלקטרונים. דרגת האצה אנרגיה של הקרן: )1 )𝑉1 𝑉) ( ( (𝑉1 עדשות מיקוד לאלקטרונים עדשה אלקטרומגנטית כוח מגנטי הפועל על אלקטרון: 𝐵 ⃗𝑣 ⃗ ⃗⃗ ⃗ 𝐵 סה"כ יש 2שלבים :האלומה מסטובבת 𝑆 𝑆 (סביב ציר ההתקדמות) וגם מתקדמת. לפי חוק יד ימין ,אלקטרון נדחף על ידי כוח החוצה מן הדף ,אבל אז מהירות החוצה מן הדף ,ושוב ,לפי חוק יד ימין פועל עליו כוח בכיוון ציר (בגלל רכיב ) ,כלומר אלקטרון מבצע תנועה סיבובית ומתקדם לכיוון הציר בין המגנטים. ⃗⃗ 𝐵 𝑁 𝑁 𝑥 𝑧 עדשה אלקטרוסטטית בניגוד לעדשה מגנטית ,בעדשה אלקטרוסטטית אלקטרונים נעים בהשפעת שדה חשמלי ולא מגנטי. כלומר ,מושפעים מכוח חשמלי ( ⃗⃗ ⃗ ) ולא כוח ⃗ ). מגנטי ( ⃗⃗ ⃗ שתי אלקטרודות מימין ושתי אלקטרודות משמאל מוארקות .שתי אלקטרודות באמצע מחוברות למתח ,כך שנוצרים קווי שדה בין האלקטרודות. כאשר אלקטרון (באדום) מגיע לאזור ,פועל עליו כוח חשמלי שדוחף אותו לאמצע של המסלול .באזור אלקטרון מושפע מכוח חשמלי ,אך בכיוון הפוך .בגלל שבאזור אלקטרון מקבל אנרגיה נוספת ,מהירותו אלקטרון נדחף יותר לכיוון גדלה ובאזור הוא נמצא פחות זמן .כלומר ,כתוצאה מתנועה באזורים אמצע המסלול מאשר החוצה .כאשר אלקטרון מגיע לאזור הוא נדחף החוצה שוב ,ובאזור -לכיוון האמצע של המסלול .אבל פה קורה תהליך הפוך – באזור אלקטרון נמצא פחות זמן ובאזור – יותר, ולכן שוב ,נדחף יותר לכיוון אמצע המסלול מאשר החוצה. קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק מחבר :גאורגיי שולגה מה "רואים" במיקרוסקופ אלקטרוני הדגם חייב להיות מוארק כדי למנוע טעינה. נקודת פגיעה: קרן 𝑒 𝑚𝜇 ~𝑟 מורפולוגיה שינויי הזרם דרך גלאי אלקטרונים יהיו מתכונתיים לשינוי בצורת פני השטח. דגם 𝑖 גלאי 𝑒 קרן 𝑒 דגם תהליכי אינטרקציה בין אלומת האלקטרונים והחומר .1פגיעה של אלקטרון מן האלומה באטום ויינון שלו. הפוטון שנפלט בעל אנרגיה שאופיינית לאטום ומאפשר לכן זיהוי של האטום הספציפי .אפשר אם כך ,למדוד הרכב כימי של פני השטח. שיטה זו ידוע גם בשם ( ). .2ספקטרוסקופיה של תהליך שבו מעורבים אלקטרונים. א .אלקטרון מהקרן הפוגעת מיינן את האטום ומסלק אלקטרון מהקליפה הפנימית . ב .אלקטרון ,בשלב השני ,עובר מקליפה לקליפה וממלא את החור. . ג .אלקטרון אחר מהקליפה נפלט החוצה עם אנרגיה ללא הפסדי אנרגיה יתכן רק כאשר אטום ממנו מפלט אלקטרון תהליך הפליטה של אלקטרוני ) ולכן זו שיטה למדוד הרכב כימי של פני השטח. נמצא ממש על פני השטח (עומק בדיקה של הרכב כימי כפונקציה של מרחק מפני השטח גורמת לקילוף פני השטח בקצב קבוע. אלומת אטומי תוך כדי קילוף מודדים את ספקטרום של אקלקטרוני הנפלטים מהדגם. נותנת מידע על הרכב מדידת ספקטרום של אקלקטרוני הכימי של שכבות אטומיות הקרובות לפני השטח. מיקרוסקופיה אטומית ) ) ( ( 𝑒 𝑒 𝑒 אלומה של אטומי 𝑟𝐴 פני שטח קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק מחבר :גאורגיי שולגה ( ) פונקציית גל של אלקטרון חופשי: 𝛹 𝛹 רוחב המחסום: 1 גובה המחסום: אם האנרגיה של האלקטרון היא , אז בתוך התחום של המחסום: (𝛹 𝛹 )1 ( ) 𝑥 𝑥1 √ ומקדם העברה: ) כאשר ( √ ) ∫ (~ ) ( שינוי המרחק האופייני הוא שליטה ב- . במרחב אפקט פיאזו-אלקטרי מומנט דיפול ≠ ,ולכן אם נעוות את תא יחידה ,יתקבל שדה חשמלי בתוך החומר. מומנט דיפול בחומר פיאזו-אלקטרי ,הפעלת מתח חיצוני יכולה לגרום לעיוות (דפורמציה) של החומר. שלוש מוטות פיאזו-אלקטריים מאפשרים תנועה בכיוון כלשהו: מיפוי פני השטח מדידת הגבהים שיש להקנות למוט בכיוון ) ( בדגם. עבור כל נקודות מטרה עיקרית: מיפוי פסי אלקטרונים (הולכה/ערכיות). מחפשים מרחק מפני השטח עבורו יש שיווי משקל, כלומר מספר אלקטרונים העוברים מדגם ל- לדגם. שווה למספר אלקטרונים העוברים מ- (תמונה ), עם מפעילים מתח שלילי על ה- לדגם .עבור מתח אלקטרונים זורמים מה- חיובי קורה ההפך .ברגע שמתח מתאים למרחק בין פסי אלקטרונים (הולכה/ערכיות) בדגם – יהיה זרם גדול ,אחרת -קטן. קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק מחבר :גאורגיי שולגה בידוד מרעידות מתנד הרמוני מאולץ עם ריסון: ̈ ̇ 𝑡𝑥𝑒𝐹 מניחים: 𝑥 √ ) ( מנגנון חיכוך (ריסון) מציבים: ̅ ) ( ) 𝑀 √ (√ זהו בעצם פילטר מכני (מעביר מתחת לתדר התהודה ולא מעביר מעל לתדר התהודה). נמוך ככל האפשר ,כלומר לכן מנסים לעשות מגדילים את ומקטינים את . עבור ) (~ ו -של פנימית של . אופנוע מקבלים 𝜔 𝑘 ) 𝜔( 𝑥 עקומת העברה (התגובה) 𝜔𝛾 𝐹 𝜔𝑀 𝐹 𝜔 פוטנציאל ואן דר ואלס ( ) שיטת הסריקה (פיאזו-אלקטרית) ושיטת הבידוד .הכוחות הפועלים בין מרעידות זהה לזו של המחט ( ) לבין פני השטח של הדגם הם: 𝑚𝑟 דוחה 𝑟 כוחות ואן דר ואלס (דיפול-דיפול) או כוחות מושך מגנטיים. 𝜀 1 פוטנציאל ואן דר ואלס תלוי במרחק כמו . למעשה זהו חלק מפוטנציאל לנארד-ג'ונס (איבר ראשון בסוגריים – דחייה עקב איסור פאולי): ] ) הרעיון של החישה הוא להפעיל את המחט כמתנד הרמוני בתנאי תהודה ולראות כיצד תדר תהודה משתנה כאשר מתקרבים לפני השטח. נסמן את הכוח הנוסף ב- ). ( ( 1 ) ([ קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק מחבר :גאורגיי שולגה כמתנד הרמוני ). נניח מסה ,קבוע קפיץ אפקטיבי שנובע מהתנגדות לקפיץ ( מפעילים מתח חילופין על האלמנט הפיאזו-אלקטרי ומשנים תדירות עד כדי למצוא את הרזוננס של ה. - משוואת תנועה: ( ) ) ( ̈ ̇ משוואה זו תקפה רחוק מפני השטח .קרוב לפני השטח מופיע כוח נוסף: ) ) ( ( | 𝑧 𝑘 𝑧 𝑚 ) ( שהוא תוספת לכוח החיצוני הנובעת מאינטרקציה עם פני השטח. מציבים ומקבלים: ) ( | ) ( ) ( ) ) ( ( ) ) () | ( ( ̇ ̇ ̈ ̈ קיבלנו אותה משוואה כמו במקרה של מתנד הרמוני מאולץ עם ריסון ,רק עם תיקון: | √ 𝑧 𝜔𝛾 𝐹 רחוק מפני השטח ̃ 𝜔𝛾 𝐹 ̃ קרוב לפני השטח . הכוחות שנמדדים הן ברמה של כדי למדוד כוחות מגנטיים משתמשים עשוי מחומר מגנטי. ב- 𝜔𝑀 𝐹 𝜔𝑀 𝐹 ̃ 𝜔 מדידת גובה נעשת בעזרת הפרש אל בכמות האור המוחזרת מה- 𝜔 ̃ 𝜔 גלאי עוצמת אור. מדידת כוח חיכוך ב- כאשר מופעל כוח (לדוגמא ,כוח (בניצב לפני ואן דר ואלס) על יעלה/יירד ולכן קרן השטח) ,ה- לייזר תזוז בכיוון אנכי על גבי הגלאים. לעומת זאת ,כוח חיכוך הוא כוח מקביל לפני השטח ,ולכן תגרום ל- להסטובב סביב צירו הארוך ובכך קרן לייזר תזוז בכיוון אופקי על גבי הגלאים. אופן מדידת הכוח עצמו דומה למדידת כוח ניצב – כמה שהכוח יותר חזק ,קרן לייזר תסטה יותר על גבי הגלאים. כוח מקביל לפני השטח תגרום לתזוזה אופקית של הכתם כוח ניצב לפני ארבעה גלאים השטח תגרום לתזוזה אנכית לייזר של הכתם 𝑟𝑒𝑣𝑒𝑙𝑖𝑡𝑛𝑎𝐶 דגם כיוון הסריקה 𝑝𝑖𝑇 קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק מחבר :גאורגיי שולגה מדידות תכונות חשמליות :מוליכות ) חיבור1 חיבור1 חוט1 חוט2 ( כלומר ,כאשר נמדוד מתח על הנגד ונחלק בזרם נקבל התנגדות שכוללת לא רק התנגדות הנגד, אלא גם התנגדויות של חיבורים/חוטים/מגעים. חיבור # 𝑒𝑙𝑝𝑚𝑎𝑠𝑅 חיבור # חוט # מקור זרם 𝑖 מד מתח 𝑉 חוט # בעיות עם מגעים לפני חיבור של שני מתכות במגע, לכל אחת מהן יש אנרגיית פרמי Φ Φ1 Φ1 משלה .כאשר יש מגע בין שני Φ 𝐹𝐸 מתכות ,אנרגיית פרמי משתווה, 𝐹𝐸 מתחיל זרם של אלקטרונים מתכת # 𝑒 מתכת # מתכת # ממתכת עם אנרגיית פרמי מתכת # התחלתית גבוהה למתכת עם לפני מגע אחרי מגע אנרגיית פרמי התחלתית נמוכה . על משטח הגבול ,שנקרא ונוצר הפרש פוטנציאלים בחיבור השני יהיה אותו הפרש פוטנציאלים רק בסימן הפוך (במקרה שחוטים וחיבורים זהים). 𝑐𝑎𝑣𝐸 Φ 𝑐𝑎𝑣𝐸 𝐹𝐸 . בעיה נוספת בחיבורים ביא הווצרות שכבה מבודדת שנקראת היחס בין הזרם למתח שונה מיחס לינארי ויכול להיות שונה אם הופכים את כיוון הזרם. ) מתח תרמו-אלקטרי ( אפקט זה נוצר כאשר חוטים המחברים את הדגם למקור זרם לא נמצאים בטמפרטורה אחידה. אנרגיה זרימה של אלקטרונים פס הולכה 𝑫𝑳𝑶𝑪 𝑻𝑶𝑯 זרימה של חורים פס ערכיות בגלל שמקדמי דיפוזיה של שני הזרימות שונים ,נוצר הפרש בצפיפות המטען בין שני צידי החומר המוליך ולכן נוצר הפרש בפוטנציאל חשמלי .הפרש פוטנציאלים זה נקרא מתח תרמו-אלקטרי. מדידות חשמליות :המשך 𝑖 טמפרטורה נמוכה מקור זרם מתח 𝑒𝑙𝑝𝑢𝑜𝑐𝑜𝑚𝑟𝑒 𝑇 ? 𝑉 𝑉1 אם החוטים זהים: אם החוטים שונים≠ : חוט # חוט # טמפרטורה גבוהה 𝑉1 מד מתח 𝑉 אנרגיה פוטנציאל כימי פוטנציאל כימי חוט תחתון חוט עליון תלוי בכיוון הזרם – יתקרר או יתחמם. זה נקרא אפקט 𝑟𝑒𝑖𝑡𝑙𝑒𝑃 (מקרר/מחמם תרמואלקטרי). קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק מחבר :גאורגיי שולגה מדידה ב -מגעים כשיש הפרש טמפרטורה בין הדגם ומערכת המדידה: 1 𝑖 אין זרם 𝑅 הוא מתח תרמו-אלקטרי. כאשר הופכים את כיוון הזרם ומקבלים: ̅ מיצוע נותן: 𝐼 𝑉 𝑖 המרת אפקט פיזיקלי לאות חשמלי דוגמא :מוליכות על – גילוי ללא מגע. אפקט מייסנר – דחייה של שטף מגנטי החוצה. ,כאשר הוא שדה בתוך החומר ,הוא שדה חיצוני ו -היא פרמביליות. . ,כלומר במוליך על: 𝑙 𝑅𝜋 𝑁 𝑙 𝜇 𝑁 𝑙 𝑉 𝜇 גרגרים של חומר מוליך על 𝐿 מד השרעות כאשר נקרר וחומר ייכנס לפאזה של מוליכות על ,ההשרעות תקטן ,כי כל הנפח התפוס על ידי מוליך על ) .זוהי בעצם המרה של מוליכות על לשינוי באימפדנס של הסליל. לא יתרום להשרעות ( חומר פיאזו-אלקטרי 𝜀 𝐴𝜀 𝑑 𝑇 𝐶 מד קיבול 𝑑 מעבר𝑇 שטח של קבל לוחות - ,קיבול - ,מרחק בין הלוחות ו - -קבוע דיאלקטרי של החומר בקבל.בטמפרטורת מעבר ,הקבוע הדיאלקטרי משתנה בצורה לא רציפה. מד מתח כאשר ) ( בנקודה מדידת עכבה בשיטת "גשר" מודד את הפרש המתח בין נקודות ו. - משותף לשני הענפים: . , 1מד מתח קורא 1 1 1 1 1 𝐼 1 קורה אותו דבר: ) ( נחלק את ) ( ב:( )- 𝐴 1 1 𝑧 𝑉 אם 1 1 . לפחות אחת מעכבות בגלל שעכבה היא מספר מרוכב – חייבים לפחות 𝐼1 ~ ) 𝑡( 𝑉 𝑧 1 𝐵 1 בלתי ידוע אז: 𝑧1 𝑧𝑧 1 𝐼 חייבת להיות ניתנת לשינוי. רכיבים שניתנים לשינוי. קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק מחבר :גאורגיי שולגה עכבות של רכיבים שונים: קיבול פרזיטי – קיבול הנוצר בין (לדוגמא) ואנו לא מעוניינים בו. 𝑄 𝑄 מוליך מוליך חוטים קבל 𝑄 𝑉 מד קיבול קבל פרזיטי 𝐶1 𝑉1 אם המשטח מוארק (חיבור לעדמה) הקיבול בין מוליך השיטה נקראת הוא . למוליך .3 רעש מדידת התנגדות -מקורות הרעש: .1זרם לא ממש קבוע (סטטיסטי). . רעש סטטיסטי של זרם נקרא זהו זרם ממוצע פחות זרם רגעי: 〉 〈 ) ( 𝑖 𝑅 𝐼 𝑉 𝑖 .2זרם מושרה במעגל המדידה בגלל שדות אלקטרומגנטיים תלויים בזמן (השרעות). ): כדי להקטין את השרעות משתמשים בזוג שזור ( Opposite induced currents cancel each other 𝜙 𝐼𝑑 𝑡𝑑 𝐿 השרעות 𝐿 𝜙𝑑 𝑡𝑑 ) 𝑡( 𝑉 מושרה𝑉 .3דיוק מד המתח. רעש ושיפור יחס בין האות לרעש הגדלת רוחב פס מיצוע עיבוד נתונים מגבר A רעש פנימי של המגבר (זרם/מתח) חיבורי חשמל רעש סביבתי מתמר רעש פנימי של מתמרים .יש רק רעש. ללא זרם ,אין מתח הוא רעש ,נקרא לו . ̅̅̅̅ כאשר הוא רוחב פס של מגבר . אנרגיה ] [ יח ′תדר ̅̅̅̅ הגברת המגבר 𝑡𝑢𝑜𝑉 רעש אינטרינסי, אימפדנס של המתמר טמפ' 𝑇 𝑅 𝑡𝑢𝑜𝑉 תדר 𝐵 𝑡 קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק מחבר :גאורגיי שולגה כאשר המתמר משמש מקור של זרם נובע מהעובדה שהזרם מורכב ממטענים בודדים. ̅ ̅ ה- כאשר ̅ -רעש בזרם, -מטען אלקטרוני - ̅ ,זרם ממוצע, -רוחב פס. רעש שנובע מ"-אי שיווי משקל" תרמודינאמי רעש 1 ( ) הוא רעש שפוגשים , 𝟏 𝒇 המון בטבע .בפיזיקה רעש זה מופיע במערכות שאינן בשיווי משקל תרמודינאמי. ) (𝑆 )𝑓(𝑆 רעש "לבן" כאשר ) ( ) ( היא צפיפות עוצמת הרעש ,הוא תדר ו- שווה לעוצמת רעש "לבן" הוא תדר בו עוצמת הרעש מסוג ). (רעש תרמי/רעש ג'ונסון, 𝑐𝑓 𝑓 הקשר בין אימפדנס של המתמר והמגבר מתמר בעל אימפדנס נמוך: עבור מקור מתח: עבור מקור זרם: מתמר בעל עכבה נמוכה הוא מקור מתח .צריכים מגבר מתח. מתמר בעל עכבה גבוהה הוא מקור זרם .צריכים מגבר זרם. 𝐿𝑅 רעש סביבתי ): חיבורים לא נכונים לאדמה ( 𝑡𝑢𝑜𝑉 הוא הפרש בין ואפס שהוא פוטנציאל האדמה ,כפול הגברת המגבר. # #3 חיבור לאדמה: # #3 # אדמה אמיתית לא נכון! 𝑖𝑅 מתמר 𝑠𝑉 מתמר מגבר # אדמה אמיתית נכון! בחירת מגבר נכונה צריך לבדוק שהמגבר עליו מחובר המתמר הוא בעל תכונות אופטימליות. ) ) ( ) ( התנגדות הכניסה של המגבר.כאשר: רעש (מתח) שמייצר המגבר.עבור מגבר אידיאלי שהרעש שלו זהה לזה של שהוא התנגדות הכניסה של המגבר: נגד מגבר יכול להזיק מבחינת רעש במקום לשפר, אם הבחירה איננה נכונה. ( 𝐵𝑑 התנגדות המגבר 𝐵𝑑 𝐵𝑑 . תדר הניסוי קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק מחבר :גאורגיי שולגה אות ,רעש ומה שביניהם ,רעש .1מקורות רעש אינטרינסיים :רעש ג'ונסון, 1 (מחוץ לשיווי משקל ת"ד). .2מקורות רעש אקסטרינסיים :גלים אלקטרומגנטיים (תדר רשת החשמל ,תחנות רדיו וטלוויזיה, טלפונים סולולריים). .3רעש פנימי של המגברים וכו'. .4 התמודדות עם רעש .1מניעה :סיכוך של כל הכבלים ,מניעת חיבורים מיותרים לאדמה .שימוש במגברים הפרשיים (בחירה :מגבר מתח/זרם). .2עיבוד אותות (אנלוגי או ספרתי) :מיצוע של הרבה מדידות – אם הרעש אקראי ,אז אי-וודאות 1 תרד כמו ,כאשר הוא מספר המדידות. √ מכשיר זה מיועד להקטנת הרעש ולמדידות של תופעות מחזוריות בזמן. 𝑝𝑚𝐴 𝑛𝑖 𝑥 𝑦 𝑘𝑐𝑜𝐿 )𝜙𝑖(𝜔𝑡+ 𝑒𝐸 𝑙𝑎𝑛𝑔𝑖𝑆 𝑡𝑢𝑝𝑛𝑖 𝑡𝑢𝑝𝑡𝑢𝑜 𝑠𝑐 -מהירות הקול נמדדת מערכת 𝑡𝜔𝑖 𝑒 𝐸 מקור האות 𝐿 אות ייחוס (𝑒𝑐𝑛𝑒𝑟𝑒𝑓𝑒𝑅) ) ומבצע אינטגרציה לאורך הזמן ) באות הנמדד ( המגבר מכפיל את אות הייחוס ( של המכפלה .במוצע המערכת הנמדדת ,משרעת האות שונה , :בגלל בליעה וכו'. בנוסף ,המופע של האות מיציאה ממערכת נמדדת יהיה שונה מזה שבכניסה. הפרש הזמן הוא: ) אחרי הכפלה של שני אותות נקבל: ( ) ) ( ( ) ( 1 נעשה אינטגרציה על הזמן ונחלק בזמן מחזור: ∫ היחס בין רחיבי ו -במוצא הוא ) ( . בנוכחות רעש ,האות במוצא המערכת הנמדדת כולל רכיבים נוספים: ∑ ( ) כאשר הרכיב השני הוא התמרת פורייה של הרעש .אחרי הכפלה של שני אותות נקבל: ) ( ∑ ) ∑ ) ( ( 1 קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק מחבר :גאורגיי שולגה אחרי אינטגרציה נקבל: ) ( ) ( ) ( ) ∑ כאשר הוא זמן האינטגרציה. ) ( חסום על ידי ,לכן כל חלקי הרעש 1 הלכו והקטנו כמו וכאשר נגדיל את זמן האינטגרציה, נוכל להקטין אותם כרצונינו. 1 רוחב פס אפקטיבי ( ): ( ) ( ∫ ∑ תגובה 𝑇 ארוך 𝑇 קצר תדר 𝜔 ) פלוקטואציות :תנועה בראונית ( נניח חלקיק בנוזל .אפילו אם אין כוח חיצוני ,החלקיק נע במהירות ̅ סביב נקודת שיווי משקל בהשפעת כוח אקראי ,בגלל המולקולות מסביב שמתנגדות לתנועה. משוואת תנועה של החלקיק : ⃗ ) ( ⃗ כאשר האיבר ⃗ הוא כוח חיכוך ( הוא מקדם החיכוך). נסתכל על מקרה פשוט ,במימד אחד: , ( ) ̈ ̇ נכפיל את הגפים ב: - איבר ראשון: ̇ ) ̇ ( ̈ נציב למשוואת תנועה: ) ( ̇ ̇ ) ̇ ( ) – מיצוע על הרבה חלקיקים בנסיבות דומות. ממוצע צבר ( בין הגדלים ) ( ו -אין קשר נסיבתי בתוך הצבר: 〈 〉) ( 〈〉 〈 〉) ( ≠〉 〈 〉) ( 〈 אנרגיה קינטית והגדרת 〉 ̇ 〈 נותן: ̇ 〉 ̇ 〈 הפתרון כולל פתרון כללי של משוואה הומוגנית פלוס פתרון פרטי של משוואה הלא הומוגנית. פתרון פרטי של משוואה הלא הומוגנית הוא לקחת סה"כ התפרון: בלתי תלוי בזמן כך ש- ואז מקבלים: קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק מחבר :גאורגיי שולגה תנאי התחלה: ) ( ) 〉 ( 〉 〈 〉 ̇ 〈 〈 ( ) אחרי עוד אינטגרציה: )) עבור זמנים קצרים ( ( 〉 ( 〈 ): ( )) 〉 ( 〈 וקיבלנו תנועה של חלקיק חופשי. ): עבור זמנים ערוכים ( 〉 〈 קלומר ,המרחק מהראשית 〉 〈 יגדל כמו √ (דיפוזיה, .זוהי משוואת מקדם הדיפוזיה במקרה הזה: המטען עובר ביחידות שאינן כפולה שלמה של . רזניקוב – גילוי ניסיוני ש , -המטען האפקטיבי ≠ ). – תנועה בהשפעת כוח אקראי. . קשר בין דיסיפציה ורעש ( חלקיק שמסתו נמצע בתוך נוזל צמיג ומושפע מכוח אקראי ) ( משוואות התנועה במימד אחד: ) ( ) (̈ ) (̇ כאשר הוא מקדם הצמיגות. מכפילים ב ̇ -שני הגפים וממצעים על צבר תרמודינאמי: 〉̇ ̈ 〈 〈 〉 ̇ 〈 〉̇ 〉 ̇ 〈): איבר הראשון (ממשפט החלוקה השווה 〉 ̇ 〈 כאשר ) שפועל עליו. 〉̇ ̈ 〈 קבוע ,האיבר הזה מתאפס ,ולכן: 〉̇ לפי חוק השני של ניוטון: לכן: ) ( ) ( ) ( ∫ ∫ 1 〈 ̇ ) ( ∫) ( 〉 ) ( ∫) ( 〈 קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק מחבר :גאורגיי שולגה נגדיר – פונקציית קורלציה עצמית של הכוח האקראי. ) ( כי 〉) ( 〈 〉) ( ) ( 〈 ) ( בנוסף ) ( ) ( – פונקציה סימטרית בזמן . קיבלנו: ) ( ) 𝜏( 𝐾 )𝜏( 𝑅𝐹 𝜏 𝜏 𝑡 ∫ דוגמא נוספת: ) ( רעש מתח ) ( משוואה זהה למשוואת תנועה בראונית. 1 ∫〈 〉 ) ( ) ( 𝐼 𝐿 𝑉 𝑅 בידוד הדגם מסביבתו ריק (וואקום). טמפרטורות נמוכות. ריק לחץ מינימלי במערכות מיכל אופיינית: 11 נקח 1 3 1 , 3 דגם .נקבל: 1 1 1 תהליכי אינטרקציה בין אטונים בגז ופני השטח כיצד מייצרים ריק .1תא ללא חורים. .2משאבות "נקיות" (ללא שמן). .2.1משאבה טורבומולקולרית ( .2.2 ( ) .2.3 ) פונון דגם .1החזרה אלסטית. .2ספיכה פיזיקלית (ואן דר ואלס). .3ספיכה כימית (קשרים כימיים). 𝑟 יהיה תהליך של לכידה של אטומי הגז על פניהשטח בגלל התנגשות אי-אלסטית (למשל פליטת פונון). מרחק מהדגם זוהי ספיכה פיזיקלית והיא תהליך הפיך (ניתן לחמם את הדגם, כלומר ,לתת לחלקיק אנרגיה והוא ייצא מתור פוטנציאל). קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק מחבר :גאורגיי שולגה משאבה טורבומולקולרית ( משאבה טורבומולקולרית דומה בפעולתה למדחס של מנוע סילון .היא בנויה מרוטור שעליו מורכבות שכבות של להבים .רוטור זה מסתובב במהירות של עד 00777 סיבובים בדקה ,שואב את הגז בצידה העליון (צד מערכת הואקום) ומוציא את הגז הדחוס אל משאבת הרוטציה, השואבת אותה בטור .יש להפעיל את המשאבה הטורבו- מולקולרית רק לאחר שמשאבת הרוטציה (או מכנית אחרת) הורידה את לחץ הגז במערכת הואקום ,אחרת להבי המשאבה ישרפו עקב חיכוך עם מולקולות הגז. המשאווה יכולה לקחת אטומים מאזור עם לחץ של ) 1 ~. ~ ולהוציא באזור עם ) משאבה ( עובדת על עיקרון ספיכה פיזיקלית .משאבה מקוררת בעזרת הליום או חנקן נוזלי. ,אנרגיה תרמית של המשטח לא מספיקה כאשר כדי להוציא את החלקיק מבור פוטנציאל והוא נשאר שם. פונון משטח קר טמפרטורת עבודה של המשאבה: 𝑟 (𝐾 ) קצב שאיבה: 𝑈 ̇ ̇ קצב ספיכה (רגעי): כאשר ̇ הוא קצב שאיבה. זמן הפעולה של המשאבה סופי ,עד שכל אתרי הלכידה מלאים בגזים ספוכים .אחרי זה יש צורך לחמם, לטהר ולקרר שוב. כוללת נידוף של משאבה יונית ( ,חומר מאוד ריאקטיבי. אטומי 𝑖𝑇 ) חוט (סליל) של 𝑖𝑇 פילמנט פולט אלקטרונים אלקטרונים הצטברות 𝑖𝑇 על דופן (ביחד עם אטומים אחרים שנקשרים עם 𝑖𝑇) 𝑛𝑒𝑡𝑠𝑔𝑛𝑢𝑇 מתחמם לטמפ' של ℃ 𝑉 מדי לחץ המערכת הנ"ל לא מתאימה ,כי התא בנוי מחומר עבה (כדי לשרוד בלחצים גבוהים כאשר יש ואקום בפנים) ולכן כמעת ולא מתעוות – קשה למדוד שינוי בקיבול. 𝐶 𝑃 מחבר :גאורגיי שולגה קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק מדי לחץ המבוססים על הולכת חום דופן קרה פירני ,תרמוקפל (צמד תרמי)..., טיל בתוך מערכת ואקום מחומם בעזרת גוף חימום. מערכת תרמוסטט שומר על טמפרטורה קבועה .כאשר מולקולות מדידה פוגעות בטיל ,הם לוקחים איתם חלק מהאנרגיה לעבר הדופן הקרה .יותר מולקולות במערכת – יותר אנרגיה נלקחת, גוף תרמוסטט חימום ויותר זרם צריך לספק לגוף חימום על מנת לשמור על אותה טמפרטורה בתרמוסטט .על ידי מדידת זרם אפשר לקבוע כמה מולקולות (לחץ) יש במערכת .יש לכייל את הפירני עם מד לחץ אבסולוטי לכל גז נמדד. . תחום מדידתו של הפירני הוא ריק מד לחץ יוני ( זרם במוצא המגבר מתכונתי לצפיפות האטומים (לחץ)כפול הפרש פוטנציאלים. שוב ,חייב כיול כדי לתת תוצאות של לחץ אבסולוטי. 1 תחום השימוש: בקונפיגורציות שונות. ) מקור אלקטרונים מכשירי מעקב למערכות ריק .1ספקטרומטר מסה מדידת עוצמת קו הליום תחת אווירה חיצונית של גז הליום היא השיטה הנפוצה לגילוי דליפות וחורים במערכת. .2 עלומת אלקטרונים מתותח אלקטרונים פוגעת בגדם ומתפזרת .לפי תמונת הפיזור אפשר לעקוב אחרי "נקיון" של פני הדגם ברמה אטומית. מתח מתאפס מגבר 𝐼 מחבר :גאורגיי שולגה קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק טכניקות של מחקר בטמפרטורות נמוכות ~. הפרש בין רמות אנרגיה הוא בטמפרטורה נמוכה מספיק נקבל מערכת 𝑇 𝐾 "סטטית" – כל האלקטרונים ברמות שלהם ובספקטרום בליעה יהיו מרסימות חדות עבור כל מעבר מרמה אנרגטית אחת לשנייה. 𝑇 𝐾 לעומת זאת ,בטמפרטורה גבוהה מערכת תהיה "דינאמית" – אלקטרונים יעברו ומרמה לרמה כל הזמן ,וספקטרום יהיה חלק יותר. אנרגיה 3 ~ ~ בליעה 𝑉𝑒𝑚 𝑉𝑒𝑚 𝑉𝑒𝑚 𝑉𝑒𝑚 מטרה של טמפרטורות נמוכות :להדגיש מאפיינים פיזיקליים ולהוריד מהרעש. ,כאשר היא מספר המצבים שהמערכת יכולה לקבל. אנטרופיה: דוגמא :ספינים ללא אינטרקציה. מצבים. לספין אחד יש מצבים .לשני ספינים – מצבים ,... ,עבור ספינים נקבל לכן ,האנטרופיה עבור ספינים: ,כאשר ספינים בלתי תלויים במקרה ש: אינטרקציה דיפול-דיפול יחסית ל- . חוק שלישי של תרמודינמיקה: זה יקרה אם למערכת מצב אחד בלבד. אנטיפרומגנט (דחייה): פרומגנט (משיכה): חיפוש אחרי סדר במערכת פיזיקלית הוא הכוח הדוחף למחקר בטמפרטורות נמוכות. סוגים אחרים של סדר :מוליך – מוליך על ,נוזל – נוזל על ,גז – . כיצד אנחנו נדע מהי טמפרטורה? למשל ,על סמך רעש: .1רעש ג'ונסון: √ .2בעזרת משוואת מצב של גז אידיאלי: .3תרמומטר המבוסס על ספינים בלתי תלויים (פאראמגנט): 1 מומנט מגנטי ,ספין . מומנט מגנטי של ספין בטמפרטורה בשדה מגנטי חיצוני ,עבור בטמפרטורות גבוהות: ~ עבור מומנטים בלתי תלויים: מצבים: . קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק מחבר :גאורגיי שולגה סוספטביליות: 𝜒 ושוב קיבלנו תרמומטר. בטמפרטורה שבה האינטרקציה בין המומנטים הופכת להיות חשובה ,החוק הזה לא מתקיים ואי אפשר להשתמש בו כתרמומטר. .1 .2 .3 .4 בידוד הדגם מהשפעה חיצונית :מקורות "דליפת חום" גז שיורי בחלל סביב הדגם. קרינה תרמית (קרינת גוף שחור בטמפרטורת החדר). חיבורים מכניים לדפנות התא (חיבורים לדגם ,הוא לא תלוי באוויר). חום הנובע מהניסוי עצמו (מדידות). תרמומטריה תרמומטרים ראשוניים – מתבססים על חוקים פשוטים. תרמומטרים משניים – מכוילים כנגד תרמומטרים ראשוניים ונוחים לשימוש. תהליך הבידוד האדיאבטי מניעת חימום ע"י קרינה תרמית: שטף אנרגיה של קרינה תרמית הפוגעת בדגם: ̇ ( 1 ) כאשר הוא שטח הפנים של הדגם. 𝐾 ̇ דגם 𝐷𝑇 ̇ הספק קירור של מעגל המבוסס על שאיבה של 𝑟𝑎𝑏𝑚 3 𝑇 משאיבה קצב שאיבה 𝑟𝑒𝑡𝑖𝐿 של 𝑠 עבור הליום נוזל: נוזל אדים הליום נוזל 𝐾 הספק הקירור שווה ל̇ : 𝑄 מגיני קרינה (למשל מאלומיניום) : 3 , 1 3 עבור במצב עמיד אותו חום עובר דרך כל מגיני קרינה: אחרון (פנימי) חיצוני מגן קרינה # ̇ ( ) ( ̇ ) ( 1 ) נחבר ונקבל שטף חום ללא מגיני קרינה: ̇ ̇ ( 1 ) ( 1 ) 𝑃 3 𝑇1 ̇ ,כאשר -חום כמוס ו - ̇ -מספר מולים לשנייה ששואבים. ונפח מולרי בלחץ של 3הוא 3 ̇ ~ ליטר .אז ,הספק הקירור: קורס "שיטות ניסיונות במצב מוצק – "1סמסטר אביב תשע"ה ( – )2014-2015פרופ' אמיל פולטורק מחבר :גאורגיי שולגה העברת אור לאזור קר זחוק ווין: : 3 עבור ולעביר קרינה באורכי חלונות חייבים לבלוע ב- ~) .הטמפרטורה של החלון צריכה גל קצרים ( להיות בתחום שם החלון לא מעביר. מקדם העברה 𝜆 דגם 𝐷𝑇 חלונות % טמפ' החלון אור % מזעור הולכת חום אל הדגם דרך חוטי חשמל ,תמיכה מכנית וכו' .1משתמשים בחוטים דקים ככל האפשר ,ארוכים ועשויים מחומר שלו מוליך חום היטב (נתך של מתכות). ). .2תמוכה מכנית על צינורות דקי דופן עשויים מנתך ( .3קירור הדגם עצמו :הדבקה ע"י גריז ואקום או הכנסת דגם לתוך הליום נוזל. עבור עבור עבור סוגי מקררים: , :מקרר מכני (מדחס או מעט רעידות :הליום נוזל. . :מקרר מיהול או ). ) מקרר מיהול ( אנרגיה 𝐹𝐸 𝑒𝐻⬚ 𝑒𝐻⬚ 𝑒𝐻⬚ בשיווי משקל רמות פרמי שוות. קצב קירור: ̇ ∫ ̇ ∫ ∫
© Copyright 2024