Основные выводы
- Полупроводники обладают умеренной электропроводностью, а сверхпроводники демонстрируют нулевое сопротивление протеканию электрического тока при температуре ниже критической.
- Сверхпроводники демонстрируют эффект Мейснера, вытесняя магнитные поля из своей внутренней части и демонстрируя идеальный диамагнетизм, тогда как полупроводники не демонстрируют такого поведения.
- Полупроводники широко используются в электронике и информационных технологиях, а сверхпроводники находят применение в таких областях, как аппараты МРТ, ускорители частиц, высокоскоростные поезда и сверхпроводящие квантовые вычисления.
Что такое Полупроводники?
Полупроводники — это материалы, электропроводность которых находится между проводником и изолятором. Они изготовлены из таких материалов, как кремний или германий, с добавлением примесей для контроля их электрических свойств.
Полупроводники необходимы для электронных устройств, таких как транзисторы, диоды и интегральные схемы. Они используются в различных приложениях, включая компьютеры, смартфоны, телевизоры, медицинское оборудование и другие электронные устройства.
Свойства полупроводников таковы, что ими можно манипулировать, чтобы контролировать поток электронов через них. Это делает их ключевым компонентом современной электроники, поскольку они могут переключать и усиливать электронные сигналы, а также хранить и обрабатывать цифровую информацию.
Полупроводники произвели революцию в электронной промышленности, позволив создавать более компактные, быстрые и эффективные устройства. Разработка интегральной схемы нескольких полупроводниковых устройств на одном кристалле стала важной вехой в истории электроники. Это проложило путь к развитию современных компьютеров и других электронных устройств.
Что такое сверхпроводники?
Сверхпроводники — это материалы с нулевым электрическим сопротивлением при охлаждении до чрезвычайно низких температур, ниже критической температуры (Tc). Другими словами, они позволяют протекать электрическому току без потерь энергии, в отличие от обычных проводников, которые рассеивают энергию в виде тепла.
Сверхпроводники были впервые обнаружены в 1911 году, и с тех пор они активно исследуются и разрабатываются для различных приложений. Наиболее распространенными сверхпроводящими материалами являются такие металлы, как медь, алюминий и ниобий, а также сплавы, такие как диборид магния. Сверхпроводники пропускают электрический ток без потерь энергии, что делает их очень эффективными для передачи и хранения энергии.
Сверхпроводники вытесняют магнитные поля из своей внутренней части, что делает их полезными для защиты от магнитных помех. Сверхпроводящие устройства могут работать на чрезвычайно высоких скоростях и потреблять очень мало энергии, что делает их идеальными для цифровой обработки сигналов и приложений квантовых вычислений.
Разница между полупроводниками и сверхпроводниками
- Полупроводники имеют электрическую проводимость между проводником и изолятором, а сверхпроводники имеют нулевое электрическое сопротивление ниже определенной критической температуры.
- Полупроводники эффективно работают при комнатной температуре, в то время как сверхпроводники требуют чрезвычайно низких температур для поддержания своего сверхпроводящего состояния.
- Сверхпроводники пропускают электрический ток с нулевым сопротивлением, что делает их очень эффективными для передачи и хранения энергии. В то же время полупроводники обладают некоторым сопротивлением и менее эффективны в потерях энергии.
- Полупроводники широко используются в электронных устройствах, таких как компьютеры, телевизоры и медицинское оборудование, а сверхпроводники используются в таких приложениях, как передача энергии, магнитная левитация и квантовые вычисления.
- Полупроводники изготавливаются из кремния и германия, легированных примесями для контроля их электрических свойств. Напротив, сверхпроводники состоят из таких металлов, как медь, и сплавов, таких как диборид магния, которые обладают уникальными свойствами, обеспечивающими нулевое электрическое сопротивление.
Сравнение полупроводников и сверхпроводников
Параметры сравнения | Полупроводниковые приборы | Сверхпроводники |
---|---|---|
Электрическая проводимость | Между проводником и изолятором | Нулевое электрическое сопротивление ниже критической температуры |
Требования к температуре | Эффективно работают при комнатной температуре | Требуют чрезвычайно низких температур для поддержания сверхпроводящего состояния |
Энергоэффективность | Некоторое сопротивление и менее эффективны с точки зрения потерь энергии | Высокая эффективность для передачи и хранения энергии |
Приложения | Широко используется в электронных устройствах | Используется для передачи энергии, магнитной левитации и квантовых вычислений. |
Свойства материала | Обычно изготавливаются из таких материалов, как кремний и германий. | Обычно изготавливается из металлов и сплавов с уникальными свойствами. |
- https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed074p1090
- https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.36.211
Последнее обновление: 14 октября 2023 г.
Пиюш Ядав последние 25 лет работал физиком в местном сообществе. Он физик, увлеченный тем, чтобы сделать науку более доступной для наших читателей. Он имеет степень бакалавра естественных наук и диплом о высшем образовании в области наук об окружающей среде. Подробнее о нем можно прочитать на его био страница.