Meissner اثر اور اس کا استعمال

Meissner اثر یا Meissner-Oxenfeld اثر سپر کنڈکٹر کے بڑے حصے سے سپر کنڈکٹنگ حالت میں منتقلی کے دوران مقناطیسی میدان کی نقل مکانی پر مشتمل ہوتا ہے۔ یہ رجحان 1933 میں جرمن ماہر طبیعیات والٹر میسنر اور رابرٹ آکسن فیلڈ نے دریافت کیا، جنہوں نے ٹن اور سیسہ کے سپر کنڈکٹنگ نمونوں کے باہر مقناطیسی میدان کی تقسیم کی پیمائش کی۔

والٹر میسنر

تجربے میں، سپر کنڈکٹرز، لاگو مقناطیسی میدان کی موجودگی میں، ان کے سپر کنڈکٹنگ ٹرانزیشن درجہ حرارت سے نیچے ٹھنڈا کیا گیا جب تک کہ تقریباً تمام نمونوں کے اندرونی مقناطیسی میدان کو دوبارہ ترتیب نہ دیا جائے۔ سائنس دانوں نے اس کا اثر صرف بالواسطہ طور پر پایا، کیونکہ سپر کنڈکٹر کا مقناطیسی بہاؤ محفوظ رہتا ہے: جب نمونے کے اندر مقناطیسی میدان کم ہوتا ہے، تو بیرونی مقناطیسی میدان بڑھ جاتا ہے۔

اس طرح، تجربے نے پہلی بار واضح طور پر ظاہر کیا کہ سپر کنڈکٹرز نہ صرف مثالی موصل ہیں، بلکہ سپر کنڈکٹنگ حالت کی ایک منفرد وضاحتی خاصیت کو بھی ظاہر کرتے ہیں۔مقناطیسی میدان کو منتقل کرنے کی صلاحیت کا تعین سپر کنڈکٹر کے یونٹ سیل کے اندر نیوٹرلائزیشن کے ذریعے بننے والے توازن کی نوعیت سے ہوتا ہے۔

کہا جاتا ہے کہ ایک سپر کنڈکٹر جس میں بہت کم یا کوئی مقناطیسی میدان نہیں ہے اسے Meissner ریاست میں کہا جاتا ہے۔ لیکن میسنر حالت تب ٹوٹ جاتی ہے جب لاگو مقناطیسی میدان بہت مضبوط ہوتا ہے۔

یہاں یہ بات قابل غور ہے کہ یہ خلاف ورزی کیسے ہوتی ہے اس پر منحصر ہے کہ سپر کنڈکٹرز کو دو کلاسوں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ پہلی قسم کے سپر کنڈکٹرز میں، سپر کنڈکٹوٹی کی اچانک خلاف ورزی ہو جاتی ہے جب لاگو مقناطیسی فیلڈ کی طاقت اہم قدر Hc سے زیادہ ہو جاتی ہے۔

نمونے کی جیومیٹری پر منحصر ہے، ایک درمیانی حالت حاصل کی جا سکتی ہے، جیسا کہ عام مادّے کے علاقوں کے شاندار پیٹرن کی طرح جو ایک مقناطیسی فیلڈ کو لے کر سپر کنڈکٹنگ مواد کے علاقوں کے ساتھ ملا ہوا ہے جہاں کوئی مقناطیسی میدان نہیں ہے۔

قسم II کے سپر کنڈکٹرز میں، لاگو مقناطیسی فیلڈ کی طاقت کو پہلی اہم قدر Hc1 تک بڑھانا ایک مخلوط حالت کی طرف لے جاتا ہے (جسے بنور حالت بھی کہا جاتا ہے)، جس میں زیادہ سے زیادہ مقناطیسی بہاؤ مواد میں داخل ہوتا ہے، لیکن برقی رو کی کوئی مزاحمت نہیں ہوتی۔ جب تک یہ کرنٹ بہت زیادہ نہ ہو۔

دوسری اہم طاقت Hc2 کی قدر پر سپر کنڈکٹنگ حالت تباہ ہو جاتی ہے۔ مخلوط حالت ایک سپر فلوڈ الیکٹران سیال میں بھنور کی وجہ سے ہوتی ہے، جسے بعض اوقات فلوکسنز (مقناطیسی بہاؤ کا فلوکسون-کوانٹم) کہا جاتا ہے کیونکہ ان بھوروں کے ذریعہ لے جانے والے بہاؤ کو مقدار میں رکھا جاتا ہے۔

خالص ترین عنصری سپر کنڈکٹرز، سوائے نیوبیم اور کاربن نانوٹوبس کے، پہلی قسم کے ہیں، جبکہ تقریباً تمام نجاست اور پیچیدہ سپر کنڈکٹرز دوسری قسم کے ہیں۔

مظاہریاتی طور پر، Meissner اثر کی وضاحت بھائیوں Fritz اور Heinz London نے کی، جنہوں نے یہ ظاہر کیا کہ ایک سپر کنڈکٹر کی برقی مقناطیسی آزاد توانائی کو اس حالت میں کم کیا جاتا ہے:

اس حالت کو لندن کی مساوات کہا جاتا ہے۔ اس نے پیش گوئی کی کہ ایک سپر کنڈکٹر میں مقناطیسی میدان اس کی سطح پر جو بھی قدر ہے اس سے تیزی سے زوال پذیر ہوتا ہے۔

اگر ایک کمزور مقناطیسی فیلڈ کا اطلاق ہوتا ہے، تو سپر کنڈکٹر تقریباً تمام مقناطیسی بہاؤ کو بے گھر کر دیتا ہے۔ یہ اس کی سطح کے قریب برقی دھاروں کی ظاہری شکل کی وجہ سے ہے۔ سطحی دھاروں کا مقناطیسی میدان سپر کنڈکٹر کے حجم کے اندر لاگو مقناطیسی میدان کو بے اثر کرتا ہے۔ چونکہ میدان کی نقل مکانی یا دبانا وقت کے ساتھ تبدیل نہیں ہوتا ہے، اس کا مطلب یہ ہے کہ اس اثر کو پیدا کرنے والے دھارے (براہ راست دھارے) وقت کے ساتھ ساتھ زائل نہیں ہوتے ہیں۔

نمونے کی سطح کے قریب، لندن کی گہرائی کے اندر، مقناطیسی میدان مکمل طور پر غائب نہیں ہے۔ ہر سپر کنڈکٹنگ مواد کی اپنی مقناطیسی رسائی کی گہرائی ہوتی ہے۔

کوئی بھی کامل موصل صفر مزاحمت پر عام برقی مقناطیسی انڈکشن کی وجہ سے اس کی سطح سے گزرنے والے مقناطیسی بہاؤ میں کسی تبدیلی کو روکے گا۔ لیکن Meissner اثر اس رجحان سے مختلف ہے۔

جب ایک روایتی موصل کو مستقل طور پر لاگو مقناطیسی میدان کی موجودگی میں سپر کنڈکٹنگ حالت میں ٹھنڈا کیا جاتا ہے، تو اس منتقلی کے دوران مقناطیسی بہاؤ باہر پھینک دیا جاتا ہے۔ اس اثر کو لامحدود چالکتا سے بیان نہیں کیا جا سکتا۔

پہلے سے ہی سپر کنڈکٹنگ مواد پر مقناطیس کی جگہ اور بعد میں لیویٹیشن میسنر اثر کو ظاہر نہیں کرتا ہے، جب کہ میسنر اثر ظاہر ہوتا ہے اگر ابتدائی طور پر اسٹیشنری مقناطیس کو بعد میں سپر کنڈکٹر کے ذریعہ ایک نازک درجہ حرارت پر ٹھنڈا کیا جاتا ہے۔

Meissner ریاست میں، سپر کنڈکٹرز کامل ڈائی میگنیٹزم یا سپر ڈائی میگنیٹزم کی نمائش کرتے ہیں۔ اس کا مطلب ہے کہ کل مقناطیسی میدان ان کے اندر صفر کے بہت قریب ہے، سطح سے اندر کی طرف کافی فاصلہ ہے۔ مقناطیسی حساسیت -1۔

ڈائی میگنیٹزم کی تعریف کسی مادّے کی خود ساختہ میگنیٹائزیشن کی نسل سے ہوتی ہے جو بیرونی طور پر لاگو مقناطیسی فیلڈ کی سمت کے بالکل مخالف ہوتی ہے۔ لیکن سپر کنڈکٹرز اور عام مادوں میں ڈائی میگنیٹزم کی بنیادی اصل بہت مختلف ہے۔

عام مواد میں، ڈائی میگنیٹزم ایٹم نیوکلی کے ارد گرد الیکٹرانوں کی برقی مقناطیسی طور پر حوصلہ افزائی کے مداری گردش کے براہ راست نتیجے کے طور پر ہوتا ہے جب ایک بیرونی مقناطیسی فیلڈ کا اطلاق ہوتا ہے۔ سپر کنڈکٹرز میں، کامل ڈائی میگنیٹزم کا وہم اس وجہ سے پیدا ہوتا ہے کہ مسلسل ڈھالنے والے دھاروں کی وجہ سے جو لاگو فیلڈ (بذات خود Meissner اثر) کے خلاف بہتی ہے، نہ صرف مداری گھماؤ کی وجہ سے۔

Meissner اثر کی دریافت نے 1935 میں Fritz اور Heinz London کی طرف سے سپر کنڈکٹیویٹی کے غیر معمولی نظریہ کو جنم دیا۔ یہ نظریہ مزاحمت کے غائب ہونے اور Meissner اثر کی وضاحت کرتا ہے۔ اس نے ہمیں superconductivity کے بارے میں پہلی نظریاتی پیشین گوئیاں کرنے کی اجازت دی۔

تاہم، یہ نظریہ صرف تجرباتی مشاہدات کی وضاحت کرتا ہے، لیکن سپر کنڈکٹنگ خصوصیات کی میکروسکوپک اصل کی شناخت کی اجازت نہیں دیتا۔یہ کامیابی کے ساتھ بعد میں، 1957 میں، بارڈین-کوپر-شریفر تھیوری کے ذریعے کیا گیا، جس سے دخول کی گہرائی اور میسنر اثر دونوں کی پیروی ہوتی ہے۔ تاہم، کچھ طبیعیات دان استدلال کرتے ہیں کہ Bardeen-Cooper-Schrieffer نظریہ Meissner اثر کی وضاحت نہیں کرتا ہے۔

Meissner اثر مندرجہ ذیل اصول کے مطابق لاگو کیا جاتا ہے. جب کسی سپر کنڈکٹنگ مواد کا درجہ حرارت ایک اہم قدر سے گزرتا ہے، تو اس کے ارد گرد مقناطیسی میدان اچانک تبدیل ہو جاتا ہے، جس کے نتیجے میں ایسے مواد کے ارد گرد کنڈلی کے زخم میں EMF پلس پیدا ہوتی ہے۔ اور جب کنٹرول کنڈلی کا کرنٹ بدل جاتا ہے، تو مواد کی مقناطیسی حالت کو کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ اس رجحان کو خصوصی سینسر کا استعمال کرتے ہوئے انتہائی کمزور مقناطیسی میدانوں کی پیمائش کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔

کرائیوٹرون میسنر اثر پر مبنی ایک سوئچنگ ڈیوائس ہے۔ ساختی طور پر، یہ دو سپر کنڈکٹرز پر مشتمل ہے۔ ٹینٹلم راڈ کے ارد گرد ایک نیبیم کنڈلی زخم ہے جس کے ذریعے کنٹرول کرنٹ بہتا ہے۔

جیسے جیسے کنٹرول کرنٹ بڑھتا ہے، مقناطیسی میدان کی طاقت بڑھ جاتی ہے اور ٹینٹلم سپر کنڈکٹنگ حالت سے عام حالت میں منتقل ہو جاتا ہے۔اس صورت میں، ٹینٹلم تار کی چالکتا اور کنٹرول سرکٹ میں آپریٹنگ کرنٹ ایک غیر لکیری میں بدل جاتا ہے۔ انداز. کرائیوٹرون کی بنیاد پر، مثال کے طور پر، کنٹرول والوز بنائے جاتے ہیں.