اقرأ في هذا المقال
تأثير مايسنر هو طرد مجال مغناطيسي من الجزء الداخلي لمادة في طور التحول إلى موصل فائق، بمعنى فقدان مقاومتها لتدفق التيارات الكهربائية عند تبريدها إلى ما دون درجة حرارة معينة، حيث تسمى درجة حرارة الانتقال وعادةً قريبة من الصفر المطلق.
ما هو تأثير مايسنر
يحدث تأثير مايسنر عندما تظهر حلقات التيار الكهربائي تلقائيًا على سطح مادة تصبح فائقة التوصيل في وجود مجال مغناطيسي، حيث تخلق هذه التيارات مجالًا مغناطيسيًا مشابهًا للمغناطيس الكهربائي، وتتكيف هذه التيارات لتعويض المجال المغناطيسي المطبق داخل الموصل الفائق تمامًا.
وبالتالي يصبح إجمالي المجال المغناطيسي مساويًا للصفر في حجم العينة ويكون الموصل الفائق محميًا باستثناء سطحه، حيث تتطور التيارات، وبفضل هذه التيارات الفائقة يطرد الموصل الفائق المجال المغناطيسي، ونظرًا لعدم وجود مقاومة كهربائية في الموصل الفائق يمكن أن توجد هذه التيارات إلى الأبد دون استهلاك أي طاقة.
عندما يكون المجال المغناطيسي في العينة ناتجًا عن المغناطيس، فإن المجال المغناطيسي الناتج عن هذه التيارات الفائقة يطرح قوة على المغناطيس ويطرده، وسيبدأ المغناطيس بعد ذلك في الارتفاع على مسافة تحدد التوازن بين القوة الطاردة ووزن المغناطيس الذي تجذبه الجاذبية.
كيف يتم تحديد تأثير مايسنر في فيزياء الكم
يعتبر تأثير مايسنر عملية في فيزياء الكم، حيث يقوم الموصل الفائق بوقف جميع المجالات المغناطيسية في جو المادة فائقة التوصيل، يتم القيام بذلك بواسطة عمل تيارات صغيرة على طول سطح الموصل الفائق، مما يعمل على إبطال جميع المجالات المغناطيسية التي قد تتلامس مع المادة، إن أحد الجوانب الأكثر دهشة للاهتمام لتأثير مايسنر هو أنه يسمح لعملية أصبحت تسمى الارتفاعات الكمومية.
كيف يختلف تثبيت التدفق عن تأثير مايسنر
في حين أن تأثيرات تثبيت التدفق قد تبدو مشابهة لمغناطيس الرفع الناجم عن تأثير مايسنر، فإن السبب وراء تثبيت التدفق يختلف في بعض النواحي، ولكي يحدث تثبيت التدفق يجب أن تكون المادة فائقة التوصيل إما رقيقة جدًا أو يجب أن تكون من النوع الثاني فائقة التوصيل، وإذا كانت رقيقة أو من النوع الثاني يُسمح لبعض المجال المغناطيسي بالمرور عبر الموصل الفائق، ولكن فقط في نقاط محددة تسمى أنابيب التدفق أو الدوامة.
يمكن رؤية مرور كميات صغيرة من المجال المغناطيسي عبر أنابيب التدفق، إذ أن السبب في السماح للحقل المغناطيسي بالمرور عبر الموصل الفائق في أنابيب التدفق هذه هو عدم وجود موصلية فائقة داخل تلك المناطق، ويحاول الموصل الفائق إبقاء أنابيب التدفق مثبتة في الأجزاء الأضعف من الموصل الفائق مثل حدود الحبوب أو عيوب أخرى.
عند وضعه داخل مجال مغناطيسي يمنع هذا التثبيت الموصل الفائق المرتفع من التحرك بسهولة دون قوة مطبقة مما يحافظ على ثباته في موقع ثابت، ويُعرف هذا أيضًا باسم القفل الكمي، إن السبب في السماح للحقل المغناطيسي بالمرور عبر الموصل الفائق في أنابيب التدفق هذه هو عدم وجود موصلية فائقة داخل تلك المناطق.
يحاول الموصل الفائق إبقاء أنابيب التدفق مثبتة في أجزاء أضعف من الموصل الفائق مثل حدود الحبوب أو عيوب أخرى، وعند وضعه داخل مجال مغناطيسي يمنع هذا التثبيت الموصل الفائق المرتفع من التحرك بسهولة دون قوة مطبقة، مما يحافظ على ثباته في موقع ثابت، ويُعرف هذا أيضًا باسم القفل الكمي.
تأثير مايسنر في الموصلات الفائقة
بشكل عام تنتج نطاقات شدة المجال المغناطيسي الوسيطة الموجودة أثناء التبريد تأثير مايسنر الجزئي، حيث يتم تقليل المجال الأصلي داخل المادة ولكن لا يتم طرده بالكامل، وتسمى بعض الموصلات الفائقة:
- النوع الأول القصدير والزئبق على سبيل المثال يمكن صنعه لإظهار تأثير مايسنر الكامل من خلال القضاء على الشوائب الكيميائية المختلفة والعيوب الفيزيائية واختيار الشكل والحجم الهندسيين المناسبين.
- والنوع الثاني الفاناديوم والنيوبيوم على سبيل المثال يُظهر تأثير مايسنر الجزئي فقط في شدة المجال المغناطيسي الوسيطة بغض النظر عن شكلها الهندسي أو حجمها، وتُظهر الموصلات الفائقة من النوع الثاني انخفاضًا في طرد المجال المغناطيسي مع زيادة قوتها حتى تتوقف فجأة عن كونها موصلات فائقة في المجالات المغناطيسية القوية نسبيًا.
وفي نهاية ذلك فقد يعتبر تأثير مايسنر من الخصائص المهمة للموصلية الفائقة، وهو أمر بالغ الأهمية لتمييز الموصلية الفائقة عن مجرد غياب المقاومة الكهربائية (التوصيل المثالي) وقال العلماء أنه لا يمكن فهمه من خلال الميكانيكا الكلاسيكية، وأن المعالجة الصحيحة توضح طاقة المجال المغناطيسي الحاجة إلى ميكانيكا الكم لفهم تأثير مايسنر، وأكد العلماء أن تأثير مايسنر موات بقوة بسبب طاقة تكثيف أزواج كوبر.
