Методичні вказівки

При розв’язуванні задач слід знати, що спонтанна орієнтація молекул в рідких кристалах призводить до того, що ці речовини проявляють оптичні двопроменезаломлювання, властиве деяким твердим кристалам. Світло, що проходить через однорідно-упорядковані шари рідких кристалів, розпадається на два проміння: незвичайний, напрямок поляризації якого співпадає з напрямком оптичної осі рідкого кристала, й, звичайний, з напрямком поляризації, перпендикулярним цій осі. Кристал вважається оптично позитивним, якщо n_e-n₀>0, й оптично негативним, якщо n_e-n₀<0, де n_e та n₀ – коефіцієнти переломлення незвичайного й звичайного промінів.

Нематичні та смектичні рідкі кристали оптично позитивні й напрямок довгих осей молекул співпадає з напрямком оптичної осі. Холестерині рідкі кристали, в яких довгі осі молекул перпендикулярні осі холестеричної спіралі, яка, в свою чергу, паралельна оптичній осі зразка, - оптично негативні. Ця особливість часто служить критерієм відмінності холестеричних рідких кристалів від смектичних.

Задачі для розв’язування

Задача 1. Перерахуйте основні недоліки та переваги рідкокристалічних індикаторів.

Задача 2. Пояснити, чому для роботи рідкокристалічних індикаторів необхідна умова подвійного переломлення або оптична і електрична анізотропія (тобто показник заломлення n і діелектрична проникність ε у напрямі уздовж великих осей молекул і перпендикулярно їм мають різні значення).

Задача 3. Пояснити фізичні основи твіст-ефекту в рідкокристалічних матеріалах.

Контрольні запитання

1. Що таке рідкий кристал?

2. Що таке рідкокристалічний індикатор?

3. Які фізичні ефекти використовуються при створенні рідкокристалічних індикаторів?

4. Поясніть принцип термооптичного ефекту.

5. Які основні переваги використання рідкокристалічних індикаторів?

Рекомендована література:

1. Ермаков О.Н., Сушков В.П., Полупроводниковые знакосинтезирующие индикаторы. – Москва: Радио и связь, 1990. – 238 с.

2. Стахів П.Г., Коруд В.І., Гамола О.Є. Основи електроніки: функціональні елементи та їх застосування. - Львів: Новий світ-2000, 2003. - 128 с.

3. Хоружний В.А., Письмецький В.О. Функціональна мікроелектроніка, опто- та акустоелектроніка. - Харків, 1995. - 186 с.

Практичне заняття №5

Надпровідність

Питання семінару

1. Фізичні принципи явища надпровідності.

2. Види надпровідників.

3. Надпровідність при кімнатній температурі.

4. Особливості застосування надпровідників в електроніці.

Методичні рекомендації

При підготовці до семінару треба пам’ятати, що надпровідність — це квантове явище протікання електричного струму у твердому тілі без втрат. Явище надпровідності було відкрито в 1911 році голландським науковцем Камерлінґ-Оннесом. Воно існує для низки матеріалів, не обов'язково гарних провідників при звичайних температурах. Перехід до надпровідного стану відбувається при певній температурі, яку називають критичною температурою надпровідного переходу. Надпровідність, проте, може бути зруйнована, якщо помістити зразок у зовнішнє магнітне поле, яке перевищує певне критичне значення. Це критичне магнітне поле зменшується при збільшенні температури. Надпровідність характеризується абсолютним діамагнетизмом. У магнітному полі в надпровідному матеріалі виникають такі струми, магнітне поле яких повністю компенсує зовнішнє магнітне поле, тобто магнітне поле виштовхується із надпровідника.

Якщо проаналізувати розвиток досліджень по надпровідності, то виразно видно наступна тенденція: спочатку вивчалася надпровідність простих металів (Hg, Pb, Nb), потім подвійних (Nb₃Sn, Nb₃Ge) і потрійних (Nb₃(Al,Ge)) интерметалідів. В рамках такого підходу вибирані композиції були в якійсь мірі логічним продовженням простих металів. У рекордсмена - з'єднання Nb₃Ge - величина критичної температури складала 23,2 К. Температурний інтервал існування надпровідності лише наблизився до температур кипіння рідкого водню і рідкого неону, і фактично для перекладу матеріалів в надпровідний стан використовувався дорогий і технічно важкий в експлуатації холодагент - рідкий гелій. Заповітною межею для критичної температури завжди була температура кипіння рідкого азоту (77 К) - дешевого і доступного холодагента.

Також слід пам’ятати, що кріопровдник — це матеріал, який при глибокому охолодженні проявляє високу електричну провідність, але не переходить у надпровідний стан. Пояснюється це тим, що при низькій температурі питомий опір провідника визначається, як правило, наявністю домішок і дефектами кристалічних ґраток.

Перехід речовини в надпровідний стан супроводжується зміною його теплових властивостей. Однак, ця зміна залежить від роду розглянутих надпровідників. Так, для надпровідників Ι роду в відсутність магнітного поля при температурі переходу Т c теплота переходу (поглинання або виділення) звертається в нуль, а отже зазнає стрибок теплоємність, що характерно для фазового переходу ΙΙ роду. Така температурна залежність теплоємності електронної підсистеми надпровідника свідчить про наявність енергетичної щілини в розподілі електронів між основним станом надпровідника і рівнем елементарних збуджень. Коли ж перехід з надпровідного стану в нормальний здійснюється зміною прикладеного магнітного поля, то тепло повинно поглинатися (наприклад, якщо зразок теплоізольований, то його температура знижується). А це відповідає фазовому переходу Ι роду. Для надпровідників ΙΙ роду перехід з надпровідного у нормальний стан при будь-яких умов буде фазовим переходом ΙΙ роду.

Явище надпровідності використовується для отримання сильних магнітних полів, оскільки при проходженні по надпровіднику сильних струмів, що створюють сильні магнітні поля, відсутні теплові втрати. Проте у зв'язку з тим, що магнітне поле руйнує стан надпровідності, для отримання сильних магнітних полів застосовуються надпровідники II роду, в яких можливе співіснування надпровідності і магнітного поля.