أشباه الموصلات مقابل الموصلات الفائقة: الفرق والمقارنة

الوجبات السريعة الرئيسية

1. تتمتع أشباه الموصلات بموصلية كهربائية معتدلة ، بينما تظهر الموصلات الفائقة مقاومة صفرية لتدفق التيار الكهربائي تحت درجة حرارة حرجة.
2. تُظهر الموصلات الفائقة تأثير مايسنر ، وتطرد المجالات المغناطيسية من داخلها وتُظهر نفاذية مغناطيسية مثالية ، في حين أن أشباه الموصلات لا تظهر هذا السلوك.
3. تُستخدم أشباه الموصلات على نطاق واسع في الإلكترونيات وتكنولوجيا المعلومات ، بينما تجد الموصلات الفائقة تطبيقات في مجالات مثل آلات التصوير بالرنين المغناطيسي ، ومسرعات الجسيمات ، والقطارات عالية السرعة ، والحوسبة الكمومية فائقة التوصيل.

ما هي أشباه الموصلات؟

أشباه الموصلات هي مواد لها موصلية كهربائية بين الموصل والعازل. وهي مصنوعة من مواد مثل السيليكون أو الجرمانيوم، مشبعة بالشوائب للتحكم في خواصها الكهربائية.

تعتبر أشباه الموصلات ضرورية للأجهزة الإلكترونية مثل الترانزستورات والثنائيات والدوائر المتكاملة. يتم استخدامها في تطبيقات مختلفة ، بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية وأجهزة التلفزيون والمعدات الطبية والأجهزة الإلكترونية الأخرى.

خصائص أشباه الموصلات يمكن التلاعب بها للتحكم في تدفق الإلكترونات من خلالها. وهذا يجعلها مكونًا رئيسيًا للإلكترونيات الحديثة ، حيث يمكنها تبديل الإشارات الإلكترونية وتضخيمها وتخزين المعلومات الرقمية ومعالجتها.

أحدثت أشباه الموصلات ثورة في صناعة الإلكترونيات ، مما جعل من الممكن إنشاء أجهزة أصغر وأسرع وأكثر كفاءة. كان تطوير الدائرة المتكاملة لأجهزة أشباه الموصلات المتعددة على شريحة واحدة علامة فارقة في تاريخ الإلكترونيات. مهدت الطريق لتطوير أجهزة الكمبيوتر الحديثة والأجهزة الإلكترونية الأخرى.

ما هي الموصلات الفائقة؟

الموصلات الفائقة هي مواد ذات مقاومة كهربائية صفر عند تبريدها إلى درجات حرارة منخفضة للغاية، أقل من درجة الحرارة الحرجة (Tc). بمعنى آخر، فهي تسمح بتدفق التيار الكهربائي دون فقدان الطاقة، على عكس الموصلات التقليدية التي تبدد الطاقة على شكل حرارة.

تم اكتشاف الموصلات الفائقة لأول مرة في عام 1911 ، ومنذ ذلك الحين ، تم بحثها وتطويرها على نطاق واسع لتطبيقات مختلفة. المواد فائقة التوصيل الأكثر شيوعًا هي المعادن مثل النحاس والألمنيوم والنيوبيوم والسبائك مثل ثنائي بوريد المغنيسيوم. تسمح الموصلات الفائقة بتدفق التيار الكهربائي دون فقدان الطاقة ، مما يجعلها عالية الكفاءة لنقل الطاقة وتخزينها.

تقوم الموصلات الفائقة بطرد المجالات المغناطيسية من داخلها ، مما يجعلها مفيدة للحماية من التداخل المغناطيسي. يمكن أن تعمل الأجهزة فائقة التوصيل بسرعات عالية للغاية وتستهلك القليل جدًا من الطاقة ، مما يجعلها مثالية لمعالجة الإشارات الرقمية وتطبيقات الحوسبة الكمية.

الفرق بين أشباه الموصلات والموصلات الفائقة

1. تحتوي أشباه الموصلات على موصلية كهربائية بين الموصل والعازل ، في حين أن الموصلات الفائقة لها مقاومة كهربائية صفرية تحت درجة حرارة حرجة معينة.
2. تعمل أشباه الموصلات بفعالية في درجة حرارة الغرفة ، بينما تتطلب الموصلات الفائقة درجات حرارة منخفضة للغاية للحفاظ على حالتها فائقة التوصيل.
3. تسمح الموصلات الفائقة بتدفق التيار الكهربائي بدون مقاومة ، مما يجعلها عالية الكفاءة لنقل الطاقة وتخزينها. في الوقت نفسه ، تتمتع أشباه الموصلات ببعض المقاومة وتكون أقل كفاءة في فقد الطاقة.
4. تُستخدم أشباه الموصلات على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية مثل أجهزة الكمبيوتر والتلفزيونات والمعدات الطبية ، بينما تُستخدم الموصلات الفائقة لتطبيقات مثل نقل الطاقة والرفع المغناطيسي والحوسبة الكمومية.
5. وتصنع أشباه الموصلات من السيليكون والجرمانيوم، ويتم تطعيمها بشوائب للتحكم في خواصها الكهربائية. في المقابل، تصنع الموصلات الفائقة من معادن مثل النحاس وسبائك مثل ثنائي بوريد المغنيسيوم، والتي لها خصائص فريدة تسمح بمقاومة كهربائية صفر.

مقارنة بين أشباه الموصلات والموصلات الفائقة

معلمات المقارنة	أشباه الموصلات	الموصلات الفائقة
التوصيل الكهربائي	بين الموصل والعازل	المقاومة الكهربائية الصفرية تحت درجة حرارة حرجة
متطلبات درجة الحرارة	العمل بفاعلية في درجة حرارة الغرفة	تتطلب درجات حرارة منخفضة للغاية للحفاظ على حالة التوصيل الفائق
كفاءة الطاقة	بعض المقاومة وأقل كفاءة من حيث فقدان الطاقة	كفاءة عالية في نقل الطاقة وتخزينها
التطبيقات	تستخدم على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية	تستخدم لنقل الطاقة والرفع المغناطيسي والحوسبة الكمومية
خصائص المواد	عادة ما تكون مصنوعة من مواد مثل السيليكون والجرمانيوم	عادة ما تكون مصنوعة من معادن وسبائك ذات خصائص فريدة

مراجع حسابات

1. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed074p1090
2. https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.36.211

آخر تحديث: 14 أكتوبر 2023