Напівпровідники проти надпровідників: різниця та порівняння

Ключові винесення

1. Напівпровідники мають помірну електропровідність, тоді як надпровідники виявляють нульовий опір протіканню електричного струму нижче критичної температури.
2. Надпровідники демонструють ефект Мейснера, витісняючи магнітні поля з їх внутрішньої частини та виявляючи ідеальний діамагнетизм, тоді як напівпровідники не виявляють такої поведінки.
3. Напівпровідники широко використовуються в електроніці та інформаційних технологіях, тоді як надпровідники знаходять застосування в таких сферах, як машини МРТ, прискорювачі частинок, високошвидкісні потяги та надпровідні квантові обчислення.

Що таке напівпровідники?

Напівпровідники — це матеріали, електропровідність яких між провідником і ізолятором. Вони виготовлені з таких матеріалів, як кремній або германій, легованих домішками для контролю їхніх електричних властивостей.

Напівпровідники важливі для електронних пристроїв, таких як транзистори, діоди та інтегральні схеми. Вони використовуються в різних додатках, включаючи комп’ютери, смартфони, телевізори, медичне обладнання та інші електронні пристрої.

Властивості напівпровідників такі, що ними можна маніпулювати, щоб контролювати потік електронів через них. Це робить їх ключовим компонентом сучасної електроніки, оскільки вони можуть перемикати та посилювати електронні сигнали, а також зберігати й обробляти цифрову інформацію.

Напівпровідники зробили революцію в електронній промисловості, дозволивши створювати менші, швидші та ефективніші пристрої. Розробка інтегральної схеми кількох напівпровідникових пристроїв на одному кристалі стала важливою віхою в історії електроніки. Це проклало шлях до розвитку сучасних комп’ютерів та інших електронних пристроїв.

Що таке надпровідники?

Надпровідники — це матеріали з нульовим електричним опором при охолодженні до надзвичайно низьких температур, нижче критичної температури (Tc). Іншими словами, вони дозволяють проходити електричний струм без втрати енергії, на відміну від звичайних провідників, які розсіюють енергію у вигляді тепла.

Надпровідники були вперше виявлені в 1911 році, і з тих пір вони були широко досліджені та розроблені для різних застосувань. Найпоширенішими надпровідними матеріалами є такі метали, як мідь, алюміній і ніобій, а також сплави, такі як диборид магнію. Надпровідники пропускають електричний струм без втрати енергії, що робить їх високоефективними для передачі та зберігання енергії.

Надпровідники викидають магнітні поля зсередини, що робить їх корисними для захисту від магнітних перешкод. Надпровідні пристрої можуть працювати на надзвичайно високих швидкостях і споживати дуже мало енергії, що робить їх ідеальними для цифрової обробки сигналів і квантових обчислень.

Відмінність напівпровідників від надпровідників

1. Напівпровідники мають електропровідність між провідником та ізолятором, тоді як надпровідники мають нульовий електричний опір нижче певної критичної температури.
2. Напівпровідники ефективно працюють при кімнатній температурі, тоді як надпровідники потребують надзвичайно низьких температур, щоб підтримувати свій надпровідний стан.
3. Надпровідники пропускають електричний струм із нульовим опором, що робить їх високоефективними для передачі та зберігання енергії. У той же час напівпровідники мають деякий опір і менш ефективні у втратах енергії.
4. Напівпровідники широко використовуються в електронних пристроях, таких як комп’ютери, телевізори та медичне обладнання, тоді як надпровідники використовуються для таких застосувань, як передача електроенергії, магнітна левітація та квантові обчислення.
5. Напівпровідники виготовлені з кремнію та германію, легованих домішками для контролю їхніх електричних властивостей. Навпаки, надпровідники виготовляються з таких металів, як мідь, і сплавів, таких як диборид магнію, які мають унікальні властивості, що дозволяють мати нульовий електричний опір.

Порівняння напівпровідників і надпровідників

Параметри порівняння	Напівпровідникові прилади	Надпровідники
Електропровідність	Між провідником і ізолятором	Нульовий електричний опір нижче критичної температури
Температурні вимоги	Ефективно працює при кімнатній температурі	Для підтримки надпровідного стану потрібні надзвичайно низькі температури
Енергоефективність	Деякий опір і менш ефективний з точки зору втрат енергії	Високоефективний для передачі та зберігання енергії
додатків	Широко використовується в електронних пристроях	Використовується для передачі енергії, магнітної левітації та квантових обчислень
Властивості матеріалу	Зазвичай виготовляється з таких матеріалів, як кремній і германій	Зазвичай виготовляється з металів і сплавів з унікальними властивостями

посилання

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

Останнє оновлення: 14 жовтня 2023 р