Fizika XX vijeka: Trijumf fizike čvrstog stanja Najznačajnija dostignuća u fizici – Nobelova nagrada za fiziku



Yüklə 2,32 Mb.
tarix25.07.2018
ölçüsü2,32 Mb.
#59014


Fizika XX vijeka: Trijumf fizike čvrstog stanja


Najznačajnija dostignuća u fizici – Nobelova nagrada za fiziku -

  • Era klasične fizike

  • Rana kvantna mehanika

  • Kvantno-mehanička revolucija

  • Poluprovodničke naprave i strukture

  • Superprovodnost i superfluidnost (Fizika niskih temperatura)

  • Makroskopski kvantni fenomeni

  • Teorijski doprinosi

  • Eksperimentalne metode



Uvod

  • Početkom XX vijeka mnoge oblasti fizike, kao na primjer: kristalografija, metalurgija, elastičnost, magnetizam, itd, su se razvijale kao autonomne oblasti nauke.

  • Tek 40.tih godina XX vijeka različite oblasti istraživanja svojstava čvrstih materijala se “udružuju” u novu naučnu disciplinu nazvanu FIZIKA ČVRSTOG STANJA (FČS)

  • Šezdesetih godina XX vijeka u FČS se uključuju i istraživanja fizičkih osobina tečnosti. Tako FČS postaje FIZIKA KONDENZOVANOG STANJA (FKS) ili FIZIKA KONDENZIRANE MATERIJE.

  • Prvi kurs pod nazivom Fizika čvrstog stanja uveden je na Harvard-Univerzitetu 1949.g., na inicijativu J.H. Van Vleck-a. Predavač je bio W. Kohn, a kurs je baziran na knjizi F. Seiz: Modern Theory of Solids (1940.g.).



  • Prvi kurs fizike čvrstog stanja kod nas organizovan je 1964. godine kroz postdiplomskistudij na smjeru Fizika materijala na Univerzitetu u Beogradu

  • Prvi udžbenici bili su:

  • D.A. Tjapkin: Elektronska fizika čvrstog tela, IBK’Vinča, 1963-tom I, 1964-t.II

  • D.A. Tjapkin: Fizička elektronika čvrstog tela, ZIU,1971.

  • C. Kittel: Introduction to solid state physics SA-Beograd,1970.



Posljednje godine ere klasične fizike



Rana kvantna mehanika

  • MAX KARL ERNST LUDWIG PLANCK

  • (1858-1947) Nobelova nagrada

  • "kao priznanje za njegov doprinos napretku fizike otkrićem kvantovanja energije“ (1918)

  • ALBERT EINSTEIN

  • (1879-1955) Nobelova nagrada

  • "za doprinose u teorijskoj fizici, specijalno za otkriće fotoelektričnog efekta“ (1921)



Kvantno-mehanička revolucija



Kvantno-mehanička revolucija

  • F. Bloch je iste godine (1928.g.) predložio model po kojem se elektron tretira kao nezavisna čestica koja se kreće u efektivnom potencijalu V(r),

  • a koji odražava periodičnost i simetriju rešetke.

  • To je dovelo do uvođenja koncepta Blohovih talasa i enegetskih zona:



Zonska teorija



Poluprovodnička revolucija: prethodna istraživanja

  • Teorija zonske strukture za energije elektrona u kristalima

  • (E. Wigner, F. Seitz, J. Slater: zonalna struktura realnih supstanci: Na, NaCl,..)

  • Koncept poluprovodnika (dopiranje primjesama) bio je poznat sredinom 30.-tih godina XX vijeka.

  • Istih godina su realizovane prve čvrstotijelne naprave (CuO2 ispravljači korišteni za AC/DC konvertore i varistore u telefoniji).

  • 1939-40. prvi eksperimenti sa čvrstotijelnim pojačavačima sa dodatkom treće elektrode realizovani na CuO2, PbS i CdS nisu bili uspješni (nesavršenost materijala)

  • Tokom II svjetskog rata Si i Ge (monokristali) postaju nezamjenljivi u izradi GHz-nih ispravljača za radarske prijemnike. Tih godina su već proizvođeni (DuPont) monokristali Si čistoće 99.99%.



Poluprovodnička revolucija: Glavni akteri



Prvi tranzistor



Progres u čvrstotijelnoj tehnologiji



Uticaj dimenzionalnosti



Poluprovodnički laseri - fotonska revolucija

  • 1917.g. Ajnštajn predvidio efekt stimulisane emisije svjetlosti.

  • 1960.g. realizovan prvi laser korištenjem rubina.

  • 1953.g. -maser, mikrotalasna verzija lasera

  • Nakon otkrića lasera u okviru samo 5 godina došlo je do razvoja novih oblasti: laserska spektroskopija, korištenje lasera u telekomunikacijama, CO2 laseri za obradu materijala, poluprovodnički laseri, koji su učinili fotonsku revoluciju mogućom.

  • Današnje primjene: u različitim oblastima telekomunikacija, lasersko štampanje, bar-kod zapisi, medicina, video i audio diskovi.



Superprovodnost i superfluidnost



SUPERPROVODNOST GLAVNA OTKRIĆA

  • 1911 : Holandski fizičar Heike Kamerlingh Onnes

  • otkrio supraprovodnost kod žive na temperaturi 4 K.

  • 1913 : Kamerlingh Onnes dobio Nobelovu nagradu za

  • Istraživanja osobina materije na niskim temperaturama.

  • 1933 : W. Meissner and R. Ochsenfeld otkrivaju Meissner-ov efekat.

  • 1941 : Naučnici saopštavaju superprovodnost u niobiumovom nitridu na 16 K.

  • 1953 : Otkrivena superprovodnost u V3Si na 17.5 K.

  • 1962 : Westinghousovi naučnici su razvili prvu komercijalnu niobium- titanium superprovodnu žicu.

  • 1972 : John Bardeen, Leon Cooper, i John Schrieffer osvojili Nobelovu nagradu za

  • fiziku za prvu uspješnu teoriju superprovodnosti.

  • 1986 : IBM istraživači Alex Müller i Georg Bednorz su napravili keramiku od lantana

  • barijuma, bakra i kiseonika koja je superprovodnik na 35 K.

  • 1987 : Grupe naučnika na Univerzitetu u Houston-u i Alabama Univerzitetu u

  • Huntsville-u zamijenili su lantan itrijumom i napravili keramiku koja je

  • superprovodna na 92 K, što je dovelo superprovodnost u opsegu temperature

  • tečnog azota.

  • 1988 : Allen Hermann sa Universiteta iz Arkansas-a je napravio superprovodnu

  • keramiku koja sadrži kalcijum i talijum i superprovodnik je na 120 K. Ubrzo

  • nakon toga, naučnici IBM i AT&T Bell Labs napravili su keramiku koja je

  • superprovodnik na 125 K.

  • 1993 : A. Schilling, M. Cantoni, J. D. Guo, and H. R. Ott iz Zurich-a, Switzerland, napravili su superprovodnik od žive, bariuma i bakra, (HgBaCaCuO) sa maksimalnom temperaturom prelaza od 133K.



Primjena superprovodnika

  • Danas se superprovodni magneti najvise koriste u tomografiji (MRI sistemi)



Tečna materija

  • Tečni kristali:

  • Krajem 19-tog vijeka je pronađena grupa polimera koja ima osobinu uređenja molekula pod dejstvom slabog električnog polja.

  • Intenzivan razvoj ovih materijala danas je doveo do realizacije ravnih ekrana, ne samo u lap-top kompjuterima, već i kod tv prijemnika, kao i ravnih panoa velikih dimenzija

  • Osnovne karakteristike su: manja potrošnja, izuzetan kvalitet slike i boje.



Ostali doprinosi



Ostali doprinosi

  • Eksperimentalne metode

  • 1944 “Za pionirske doprinose razvoju tehnike neutronskog rasijanja za proučavanje kondenzovane materije i to:

  • BERTRAM NEVILLE BROCKHOUSE (1918- ), McMaster-Uni (Hamilton, Ontario)

  • "za razvoj neutronske spektroskopije"

  • CLIFFORD GLENWOOD SHULL (1915- ), MIT, Cambridge,

  • "za razvoj tehnike neutronske difrakcije"

  • 1986 ERNST RUSKA (1906-1988), Fritz-Haber-Institut, Berlin

  • za njegov fundamentalni rad u elektronskoj optici i za izradu prvog elektronskog mikroskopa" i

  • GERD BINNIG (1947-1988), IBM Forschunglabor, Zürich, i

  • HEINRICH ROHRER (1933-), IBM Forschunglabor, Zürich

  • "za izradu skanirajućeg tunelskog mikroskopa"



Trijumf FKS

  • Danas je u ovoj oblasti fizike (u svijetu i kod nas) angažovana skoro polovina svih istraživača u fizici.

  • FKS je dovela do razvoja novih tehnologija i proizvoda koji su potpuno promijenili način života i rada. Navedimo samo neke: kompjuteri, optičke i magnetske memorije, monitori na bazi tečnih kristala, poluprovodnički laseri i LED diode, mobilna telefonija, itd..




Yüklə 2,32 Mb.

Dostları ilə paylaş:




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2022
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə