ตัวนำยวดยิ่งพื้นฐาน (Superconductor)
- Pruetthigon Saragul
- Aug 10, 2018
- 1 min read
ตัวนำยวดยิ่งพื้นฐาน (Superconductor)
เขียนโดยรองศาสตราจารย์ ดร.พงษ์แก้ว อุดมสมุทรหิรัญ จัดพิมพ์โดยสำนักพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย พิมพ์ครั้งที่ 1 พ.ศ. 2559 ISBN 9789740335221
หนังสือตัวนำยวดยิ่งพื้นฐานเล่มนี้ได้รวบรวมเรื่องราวของตัวนำยวดยิ่งทั้งในด้านทฤษฎีและด้านการทดลอง นำมาเขียนต่อกันเป็นเรื่องราวตามวันเวลา มีประวัติศาสตร์การทดลอง การค้นพบแทรกอยู่เรื่อยๆ ตามวันเวลาที่เปลี่ยนผ่าน ไล่เรียงมาตั้งแต่ตัวนำยวดยิ่งตัวแรกในปรอทซึ่งต่อมาถูกเรียกว่าตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม การนำเสนอทฤษฏี BSC ที่สามารถใช้อธิบายตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิมได้ดี แต่มีหลักการที่ว่ากลไกหลักของการเกิดสภาพนำยวดยิ่งเกิดจากอิเล็กตรอนสองตัวที่ดึงดูดกัน ต่อมาเป็นการค้นพบตัวนำยวดยิ่งที่มีอุณหภูมิวิกฤตสูงกว่าจุดที่ทฤษฎี BSC อธิบายได้ซึ่งต่อมาเรียกว่าตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง ท้ายที่สุดนำเสนอการทดลองเพื่อเตรียมตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง รวมถึงการประยุกต์ใช้งานที่มีในปัจจุบัน
Content
บทที่ 1 การค้นพบตัวนำยวดยิ่ง
เนื่องจากฟิสิกส์เป็นวิชาที่ศึกษาเกี่ยวกับธรรมชาติ โดยจะทำการศึกษาในแง่มุมของขอบเขตต่างๆ ที่มนุษย์ยังไม่รู้หรือยังไม่เคยมีการศึกษา หรือมีการศึกษาแล้วแต่ความรู้ที่ได้ยังไม่เป็นที่น่าพอใจ ตัวอย่างการศึกษาทางฟิสิกส์ เช่น การศึกษาเพื่อหาวัตถุที่แข็งที่สุดในโลก การศึกษาเพื่อหาอุณหภูมิที่ร้อนที่สุดที่มนุษย์สามารถทำได้ การศึกษาเพื่อหาอุณหภูมิที่เย็นที่สุด การศึกษาเพื่อหาวัตถุที่เล็กที่สุด การศึกษาเพื่อหาความเร็วที่เร็วที่สุด หรืออะไรอีกมากมาย
เนื้อหาในบทนี้ส่วนแรกจะกล่าวถึงการศึกษาเพื่อหาหรือเพื่อสร้างอุณหภูมิที่เย็นที่สุดในโลก ซึ่งจากการศึกษาดังกล่าวทำให้มีการค้นพบวัสดุชนิดใหม่ที่ไม่เคยมีใครรู้จักมาก่อนที่เรียกว่าตัวนำยวดยิ่ง เรื่องเกี่ยวกับว่าสถานะอะไรที่เย็นที่สุดในโลกก็เป็นประเด็นหนึ่งที่มีความสนใจกันอย่างมาก เนื่องด้วยวิชาอุณหพลศาสตร์เป็นวิชาแรกๆ ที่นักฟิสิกส์มีการค้นพบและทำการทดลองได้อย่างชัดเจน โดยจากกฎทางอุณหพลศาสตร์พบว่าอุณหภูมิที่ต่ำที่สุดที่เป็นไปได้ก็คือใกล้ศูนย์องศาสัมบูรณ์หรือศูนย์เคลวินให้มากที่สุด ซึ่งนักฟิสิกส์ยังไม่เคยทำการทดลองได้เลยว่าใกล้ศูนย์เคลวินมากที่สุดนั้นสามารถทำได้อย่างไรจนกระทั่งในปัจจุบัน แต่อย่างไรก็ตาม ความพยายามทดลองให้ได้ตามเป้าหมายก็ถูกทำเรื่อยมาจากรุ่นสู่รุ่นอย่างไม่ย่อท้อ และในส่วนที่เหลือจะกล่าวถึงการศึกษาค้นคว้าด้านตัวนำยวดยิ่งเพื่อศึกษาสมบัติทางฟิสิกส์ของวัสดุนี้ ท้ายที่สุดก็ได้สมบัติที่น่าทึ่งออกมาในหลายประเด็น
1.1 ก่อนการค้นพบตัวนำยวดยิ่ง
การศึกษาเรื่องเกี่ยวกับอุณหพลศาสตร์มีการศึกษามาอย่างยาวนานตั้งแต่สมัยอริสโตเติล (Aristotle) ในที่นี้ขอกล่าวโดยสังเขปพอให้เห็นภาพรวมของความพยายามในการศึกษาค้นคว้าและนำความรู้มาต่อยอดเพื่อศึกษาให้เกิดความก้าวหน้าทาง
1.2 การค้นพบตัวนำยวดยิ่งในปรอท
1.3 ประวัติการค้นพบหลังจากการค้นพบตัวนำยวดยิ่งในปรอท
1.4 สมบัติของสถานะนำยวดยิ่ง
1.5 อุณหภูมิวิกฤตของตัวนำยวดยิ่ง
สรุปเนื้อหา
ตัวนำยวดยิ่งถูกค้นพบโดยไฮค์ คาเมอร์ลิงค์ ออนเนส (Heike Kamerlingh Onnes: 1853-1926) ในปี 1911 ซึ่งถ้านับเวลาจนถึงปัจจุบัน การค้นพบนี้มีอายุมากกว่า 100 ปี ตัวนำยวดยิ่งมีสมบัติที่สำคัญอยู่หลายประการ เช่น ความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ ความไม่ต่อเนื่องของเส้นแรงแม่เหล็ก ปรากฏการณ์ไมสเนอร์ (Meissner Effect) การกระโดดของค่าความจุความร้อน และปรากฏการณ์โจเซฟสัน (Josephson Effect) แต่สมบัติที่โดดเด่นและรู้จักกันอย่างกว้างขวางมี 2 ประการคือ การมีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์และการเกิดปรากฎการณ์การยกตัวด้วยแม่เหล็กได้หรือที่เรียกว่าปรากฏการณ์ไมสเนอร์ ความน่าสนใจของตัวนำยวดยิ่งอยู่ที่การนำมาประยุกต์ใช้งานที่สามารถนำมาทำอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูงได้เพราะมีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ แต่อย่างไรก็ดี ตัวนำยวดยิ่งก็ยังมีข้อจำกัดในการใช้งาน เนื่องจากจะต้องมีอุณหภูมิที่ต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตซึ่งมีค่าที่ต่ำมากเมื่อเทียบกับอุณหภูมิห้อง การพัฒนาตัวนำยวดยิ่งจึงมีประเด็นหลักอยู่ที่การค้นคว้าหาตัวนำยวดยิ่งที่สามารถนำมาใช้ที่อุณหภูมิห้องได้ โดยในปัจจุบันเรียกตัวนำยวดยิ่งที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 35 เคลวิน ว่าตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิต่ำหรือตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม
บทที่ 2 ทฤษฏีตัวนำยวดยิ่งแบบมหภาค
2.1 แบบจำลองของไหลสองส่วน
2.2 สมการของลอนดอน
2.3 ทฤษฎีกินซ์เบิร์กแลนดาว
2.4 ตัวนำยวดยิ่งประเภทที่หนึ่ง
2.5 ตัวนำยวดยิ่งประเภทที่สอง
สรุปเนื้อหา
บทที่ 3 ทฤษฎีตัวนำยวดยิ่งแบบจุลภาค
3.1 ประวัติและแนวความคิดของทฤษฎี
3.2 ทฤษฎี BCS
สรปเนื้อหา
บทที่ 4 การค้นพบตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง
4.1 ก่อนการค้นพบตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง
4.2 การค้นพบตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง
4.3 หลังการค้นพบตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง
สรุปเนื้อหา
บทที่ 5 การศึกษาตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง
5.1 ตัวนำยวดยิ่งแบบคิวเพร์ท
5.2 ตัวนำยวดยิ่งแมกนีเซียมไดโบไรด์
5.3 ตัวนำยวดยิ่งชนิดมีเหล็กเป็นองค์ประกอบ
5.4 ความแตกต่างระหว่างตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงกับตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม
สรุปเนื้อหา
บทที่ 6 ตัวนำยวดยิ่งแบบต่างๆ
6.1 ตัวนำยวดยิ่งที่มีการจับคู่แบบสปินซิงเกลตและแบบสปินทริปเลต
6.2 การทดลองระบุสมมาตรของการจับคู่ของคู่คูเปอร์ของตัวนำยวดยิ่งแบบคิวเพร์ท
6.3 ตัวนำยวดยิ่งที่มีการควบคู่แบบแรงหรือแบบอ่อน
6.4 การแบ่งประเภทตัวนำยวดยิ่งตามสารประกอบ
สรุปเนื้อหา
บทที่ 7 ทฤษฎีของตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง
7.1 ความหนาแน่นสถานะแบบแวนโฮฟซิงกูลาร์ริตี
7.2 ความจุความร้อนในตัวนำยวดยิ่งที่ไม่สมมาตร
7.3 ช่องว่างพลังงานเทียมในตัวนำยวดยิ่ง
7.4 ค่าคงตัวของทฤษฎี BCS
สรุปเนื้อหา
บทที่ 8 การเตรียมตัวนำยวดยิ่ง Y123
8.1 การแคลซิเนชัน
8.2 การซินเตอร์ริง
8.3 การอบอ่อน
8.4 การสังเคราะห์ตัวนำยวดยิ่ง Y123 ด้วยวิธีปฏิกิริยาของของแข็ง
8.5 การวัดสมบัติของตัวนำยวดยิ่ง Y123
สรุปเนื้อหา
บทที่ 9 ตัวนำยวดยิ่งแมกนีเซียมไดโบไรด์
9.1 สมบัติของตัวนำยวดยิ่งแมกนีเซียมไดโบไรด์
9.2 การคำนวณทางทฤษฎี
สรุปเนื้อหา
บทที่ 10 ก้าวไปข้างหน้ากับตัวนำยวดยิ่ง
10.1 การประยุกต์ใช้ตัวนำยวดยิ่ง
10.2 ตัวนำยวดยิ่งในมุมมองของบริษัท
10.3 แนวทางในการวิจัยและพัฒนา
Knowledge Bank หนังสือคือธนาคารความรู้. ผลักดันการอ่านสู่วาระแห่งชาติ สร้างชาติให้ก้าวหน้าด้วยการอ่าน รวมตำราคัดสรรด้านวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ (Science and Engineering) เสริมองค์ความรู้และสร้างความเชี่ยวชาญในวิชาชีพด้านอุตสาหกรรมด้วย "การอ่าน" เพื่อพัฒนาศักยภาพตนเองอย่างต่อเนื่อง #โชคดีที่เป็นหนอนหนังสือ pruetsara.wixsite.com