Полупроводники против сверхпроводников: разница и сравнение

Основные выводы

1. Полупроводники обладают умеренной электропроводностью, а сверхпроводники демонстрируют нулевое сопротивление протеканию электрического тока при температуре ниже критической.
2. Сверхпроводники демонстрируют эффект Мейснера, вытесняя магнитные поля из своей внутренней части и демонстрируя идеальный диамагнетизм, тогда как полупроводники не демонстрируют такого поведения.
3. 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

1. Полупроводники имеют электрическую проводимость между проводником и изолятором, а сверхпроводники имеют нулевое электрическое сопротивление ниже определенной критической температуры.
2. Полупроводники эффективно работают при комнатной температуре, в то время как сверхпроводники требуют чрезвычайно низких температур для поддержания своего сверхпроводящего состояния.
3. 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.
4. 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.
5. 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.

Рекомендации

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

Последнее обновление: 14 октября 2023 г.