البحث مشروع من العملي Experimental Workالجزءمقدمة:

أن الهدف األساسي من هذا المشروع هو دراسة خاصية تحول المواد فائقة التوصيل إلى حالة . كما TCالموصلية الفائقة عند درجات حرارة معينة تسمى بدرجة حرارة التحول )أو الحرجة(

يهدف البحث إلى دراسة أثر المجاالت المغناطيسية الخارجية القوية على هذا السلوك حيث أن تلك الموصالت تستخدم عادة عند مجاالت مغناطيسية قوية سواء كانت بشكل كيابل )أسالك(

أو ملفات بغرض إنتاج مجاالت مغناطيسية قوية كما أجهزة الرنين المغناطيسي وغيرها. ، MgB2وسوف نفصل طريقة تحضير وقياس تلك الموصالت من نوع ثاني بوريد المغنيسيوم

وحتى نقوم بدراسة مقاومية المركب المطلوب علينا أوال تحضير عينة نقية بمواصفات مناسبة وذلك باتباع طريقة التحضير المثالية لمثل هذه المركبات. ويتم ذلك باتباع خطوات مرتبة

نوجزها فيما يلي:الخطوة األولى: خلط المركبات الكيميائية األساسية بالنسب المطلوبة:

)ثاني بوريد المغنيسيوم( فمن أجل تحضير MgB2حيث أن الصيغة الكيميائية لهذا المركب هي بواقع B وبودرة البورون Mgمركب منه يتم اختيار عناصر نقية من كل من بودرة المغنيسيوم

مول من البورون مقابل مول واحد من المغنيسيوم بنقاوة عالية، وذلك للحصول على مركب 2موزون كيميائيا بحسب المعادلة الكيميائية:

  

 

: القدر المخصص لخلط المواد األولية ومزجها حتى تصبح متجانسة 1شكل تماما

بدقة ) الحساس الميزان استخدام ( 6ويتم من أخذنا حيث األوزان لقياس عشرية خاناتالمغنيسيوم وزنه )Mgبودرة البورون mg)0.347214ما بودرة من وزنه )B2و ( mgما

تام 0.3089 تجانس تم حتى ساعة حوالي ولمدة جيدا خلطا ال̂عناصر خلط تم ثم ،شكل ) انظر لذلك المخ̂صص والقدر الخلط آلة باستخدام وذلك بعد( 1للمركبات ثم

إلى الناتجة البودرة بتقسيم قمنا بعد 3ذلك مستقلة عينة قسم كل يصبح بحيث أقسامذلك.

 : : المطلوبة والمقاسات بالشكل العينات كبس الثانية الخطو;ة

المناسبة بالكميات بوضعها متساوية أقسام ثالثة إلى وتقسيمها العينات خلط ب̂عد نقوم : يسمح دائري أما شكلين األداة هذه وتتخذ ، الفوالذ من المصنوعة الكبس أنبوبة داخل

الشكل مربعة أو معين، قطر ونصف معين سمك ذات أقراص بشكل عينات بإنتاجالبودرة كمية بحسب تحديده يتم سمك ذات الشكل مربعة عينات بإنتاج تسمح

شكل. ) أنظر تحت(. 2المضافة لكبسها المكبس داخل األنبوبة بوضع نقوم ذلك بعد ثممقداره سمكها tons 10ض̂غط عينات على الضغط هذا بعد نحصل سوف ،1.5 mm و

: حرفها من mm 10طول وخالية وقوية قاسية بأنها العينات هذه تمتاز ،حيث. اللون وسوداء التشققات،

: الداي المستخدمة في كبس العينات حيث يتم أنتاج 2شكل: 1.5عينات أما بشكل أقراص أو مربعات ذات سمك في حدود

mm.

: الطور وتشكيل التصليب بغرض الفرن في العينات وضع الثالثة الخطوةالمطلوب:

،ثم التسخين أثناء لتفاعالت تتعرض ال حتى التانتالم من بغشاء العينات هذه بلف نقومداخل الفوالذ أنبوة مع العينات نضع ثم ، الغلق محكم الفوالذ من وعاء داخل نضعها

نقوم ثم ، الفرن داخل أفقي بوضع العينات هذه توضع الكوارتز،بحيث من أنبوبب^ ) تقدر زمنية لمدة العينة هذه حرارة hr)2بتسخين درجة عند حرارة درجة C0عند

األرجون 750 غاز أن حيث ، التسخين عملية طوال النقي األرجون غاز مرور معوجه وعلى التسخين أثناء األخرى الغازات يطرد وأي̂ضا المادة مع يتفاعل ال النقي

رقم ) شكل األوكسجين غاز (3الخصوص  

: صورة الفرن الذي تم تسخين العينة فيه3شكل

Samples inside crucible of steel

Gas flow meter

Tubular furnace

: المطلوبة بالمقاسات العينات تقطيع الرابعة الخطوة. للقياس وتجهزيها

تقطيع يتم حيث المهة هذه النجاز األلماس من منشار استخدام يتمالطول يبلغ حيث صغيرة مستطيالت متوازي بصورة mm 10 العينات

العرض mm 1.5والسمك يبلغ حين هو . mm 2في ذلك من والهدفالفيزيائية الخصائص قياس جهاز في تستخدم لكي أعدادها

Physical Property Measurement System PPMS . شكل ) األربعة األطراف طريقة أن الجهاز( 4حيث في تستخدم سوف

من أسالك أربعة توصيل يتم بحيث الغرض لهذا أعدادها فيتم المذكورالنقي الفضة معجون باستخدام بلصقها . Silver Pasteالذهب

: رسم توضيحي للدائرة المستخدمة في قياس المقاومية ذي األربعة 4شكل أطراف. يتم قياس المقاومية عن طريق قياس فرق الجهد الذي ينشا بسبب مرور

التيار الكهربي.

: جهاز باستخدام الدراسات أجراء الخامسة الخطوةالفيزيائية الخصائص :PPMSقياس

شكل ) الوظائف متعدد الجهاز هذا خالل بقياس( 5من قمناالمقاومة انعدام وهي أال الفائقة الموصالت في األساسية الخاصية

الحرجة الحرارة درجة إلى وصولها عند الكهربائي . TCللتيارللتيار بالكامل مقاومته الفائق الموصل يفقد الدرجة هذه عند حيثحيث. الفائقة الموصالت خصائص من الدرجة تلك وتعد الكهربائي

. على الدرجة تلك اعتماد لوحظ أنه غير آخر إلى موصل من تختلف. المسلط الخارجي المغناطيسي المجال

مغناطيسية مجاالت عند الخاصية هذه دراسة تمت فقد ولذلك : الترتيب على كانت ، 10,000، 8000، 2000، 1000، 0مختلفة

بأن 140,000ثم 40,000، 20,000 علما الترتيب، على جاوسإلى تصل قوية مجاالت تس̂ليط يمكنه المذكور . 14الجهاز لقد تسال

الشكل يبينها كما القياس نتائج .7والشكل 6كانت الترتيب على

الفيزيائية: 5شكل الخواص قياس جهاز لقلب مقطعية صورة

 

الحرارة :6شكل ودرجة المقاومية بين العالقة سلوك تفاوتالمجال على بناء

المسلط التحول الخارجي حرارة درجة منطقة على التركيز بعدTC.

20 25 30 35 40 45 500.0E+00

5.0E-09

1.0E-08

1.5E-08

2.0E-08

2.5E-080 G1000 G2000 G8000 G10000 G20000 G40000 G

Temperature K

Res

isti

vity

.

0 50 100 150 200 250 300 3500.0E+00

5.0E-08

1.0E-07

1.5E-07

2.0E-07

2.5E-07

3.0E-07

3.5E-07

4.0E-07

4.5E-07

140000 G

Temperature K

Res

isti

vity

Ohm

s

جاوس على 140,000 تأثير المجال المغناطيسي الخارجي الكبير :8شكل .MgB2تحول الموصل الفائق من نوع ثاني بوريد المغنيسيوم

: والمناقشة النتائجالشكل المدروس 6بتفحص للموصل العام السلوك اختالف جليا يبدو ،

. وشكل المطبق المغناطيسي المجال شدة أكبر 7بحسب بتوضيح يقوم ، .) يمكن ) الحرجة الحرارة درجة التحول ̂منطقة على فقط التركيز تم حيث

وسريع حاد بشكل التحول تم حيث المدروسة العينات جودة مالحظةوهو الصفر إلى فجأة نزلت التي للمقاومية الراسي شبه الخط يعكسه

. كامل بشكل الفائق الطور وحصول العينة بجودة عادة يوحي سلوكحيث الحرجة الحرارة درجة في كبيرة اختالفات هناك أن يالحظ ولكن

عند عند K 44كانت المجال كان إلى G 1000عندما هبطت حين فيإلى K 34حوالي وصلنا .G 40,000عندماقيمته 8شكل مجال إلى وصلنا عندما للحالة حيث G 140,000مخصص

. هذا الرسم مقياس اختالف بسبب الساب̂قة لألشكال إضافته يصعبحدود إلى تدنت قد التحول حرارة درجة أن يبين فقط .K 13الشكل

حرارة درجة بين المدى في الفائق للموصل المقاو̂مية سلوك بأن يالحظالتحول 300Kالغرفة حرارة الشكل TCودرجة في بأنه 8وشكل 6كما

على تعتمد التي العامة للعالقة سلوك T2يخضع وهو تقريبي، بشكل . المركب لهذا معروف