الجزء العملي من مشروع البحث Experimental Work مقدمة:

1. الجزء العملي من مشروع البحث Experimental Work مقدمة: أن الهدف الأساسي من هذا المشروع هو دراسة خاصية تحول المواد فائقة التوصيل إلى حالة الموصلية الفائقة عند درجات حرارة معينة تسمى بدرجة حرارة التحول (أو الحرجة)TC. كما يهدف البحث إلى دراسة أثر المجالات المغناطيسية الخارجية القوية على هذا السلوك حيث أن تلك الموصلات تستخدم عادة عند مجالات مغناطيسية قوية سواء كانت بشكل كيابل (أسلاك) أو ملفات بغرض إنتاج مجالات مغناطيسية قوية كما أجهزة الرنين المغناطيسي وغيرها. وسوف نفصل طريقة تحضير وقياس تلك الموصلات من نوع ثاني بوريد المغنيسيومMgB2 ، وحتى نقوم بدراسة مقاومية المركب المطلوب علينا أولا تحضير عينة نقية بمواصفات مناسبة وذلك باتباع طريقة التحضير المثالية لمثل هذه المركبات. ويتم ذلك باتباع خطوات مرتبة نوجزها فيما يلي: الخطوة الأولى: خلط المركبات الكيميائية الأساسية بالنسب المطلوبة: حيث أن الصيغة الكيميائية لهذا المركب هي MgB2 (ثاني بوريد المغنيسيوم) فمن أجل تحضير مركب منه يتم اختيار عناصر نقية من كل من بودرة المغنيسيومMg وبودرة البورونB بواقع 2 مول من البورون مقابل مول واحد من المغنيسيوم بنقاوة عالية، وذلك للحصول على مركب موزون كيميائيا بحسب المعادلة الكيميائية:

2. ويتم استخدام الميزان الحساس ( بدقة 6 خانات عشرية) لقياس الأوزان حيث أخذنا من بودرة المغنيسيومMg ما وزنه (mg)0.347214 و من بودرة البورونB2 ما وزنه (mg)0.3089 ، ثم تم خلط العناصر خلطا جيدا ولمدة حوالي ساعة حتى تم تجانس تام للمركبات وذلك باستخدام آلة الخلط والقدر المخصص لذلك (انظر شكل 1) ثم بعد ذلك قمنا بتقسيم البودرة الناتجة إلى 3 أقسام بحيث يصبح كل قسم عينة مستقلة بعد ذلك. الخطوة الثانية: كبس العينات بالشكل والمقاسات المطلوبة: نقوم بعد خلط العينات وتقسيمها إلى ثلاثة أقسام متساوية بوضعها بالكميات المناسبة داخل أنبوبة الكبس المصنوعة من الفولاذ ، وتتخذ هذه الأداة شكلين: أما دائري يسمح بإنتاج عينات بشكل أقراص ذات سمك معين ونصف قطر معين، أو مربعة الشكل تسمح بإنتاج عينات مربعة الشكل ذات سمك يتم تحديده بحسب كمية البودرة المضافة. (أنظر شكل 2). ثم بعد ذلك نقوم بوضع الأنبوبة داخل المكبس لكبسها تحت ضغط مقداره 10 tons ، سوف نحصل بعد هذا الضغط على عينات سمكها 1.5 mm و طول حرفها:10 mm ،حيث تمتاز هذه العينات بأنها قاسية وقوية وخالية من التشققات، وسوداء اللون.

3. Samples inside crucible of steel Tubular furnace Gas flow meter الخطوة الثالثة: وضع العينات في الفرن بغرض التصليب وتشكيل الطور المطلوب: نقوم بلف هذه العينات بغشاء من التانتلام حتى لا تتعرض لتفاعلات أثناء التسخين ،ثم نضعها داخل وعاء من الفولاذ محكم الغلق ، ثم نضع العينات مع أنبوة الفولاذ داخل أنبوب من الكوارتز،بحيث توضع هذه العينات بوضع أفقي داخل الفرن ، ثم نقوم بتسخين هذه العينة لمدة زمنية تقدر بـ(hr)2 عند درجة حرارة عند درجة حرارة C0 750 مع مرور غاز الأرجون النقي طوال عملية التسخين ، حيث أن غاز الأرجون النقي لا يتفاعل مع المادة وأيضا يطرد الغازات الأخرى أثناء التسخين وعلى وجه الخصوص غاز الأوكسجين (شكل رقم 3)

4. الخطوة الرابعة: تقطيع العينات بالمقاسات المطلوبة وتجهزيها للقياس. يتم استخدام منشار من الألماس لانجاز هذه المهة حيث يتم تقطيع العينات بصورة متوازي مستطيلات صغيرة حيث يبلغ الطول 10 mm والسمك 1.5 mm في حين يبلغ العرض 2 mm. والهدف من ذلك هو أعدادها لكي تستخدم في جهاز قياس الخصائص الفيزيائية Physical Property Measurement System PPMS. حيث أن طريقة الأطراف الأربعة (شكل 4) سوف تستخدم في الجهاز المذكور فيتم أعدادها لهذا الغرض بحيث يتم توصيل أربعة أسلاك من الذهب بلصقها باستخدام معجون الفضة النقي Silver Paste.

5. الخطوة الخامسة: أجراء الدراسات باستخدام جهاز قياس الخصائص الفيزيائية PPMS: من خلال هذا الجهاز متعدد الوظائف (شكل 5) قمنا بقياس الخاصية الأساسية في الموصلات الفائقة ألا وهي انعدام المقاومة للتيار الكهربائي عند وصولها إلى درجة الحرارة الحرجة TC. حيث عند هذه الدرجة يفقد الموصل الفائق مقاومته بالكامل للتيار الكهربائي. وتعد تلك الدرجة من خصائص الموصلات الفائقة حيث تختلف من موصل إلى آخر. غير أنه لوحظ اعتماد تلك الدرجة على المجال المغناطيسي الخارجي المسلط. ولذلك فقد تمت دراسة هذه الخاصية عند مجالات مغناطيسية مختلفة كانت على الترتيب: 0، 1000، 2000، 8000،10,000،20,000،40,000 ثم 140,000جاوس على الترتيب، علما بأن الجهاز المذكور يمكنه تسليط مجالات قوية تصل إلى 14 تسلا. لقد كانت نتائج القياس كما يبينها الشكل 6 والشكل 7 على الترتيب.

6. شكل 5: صورة مقطعية لقلب جهاز قياس الخواص الفيزيائية

7. شكل 6: تفاوت سلوك العلاقة بين المقاومية ودرجة الحرارة بناء على المجال الخارجي المسلطبعد التركيز على منطقة درجة حرارة التحول TC.

8. .

9. النتائج والمناقشة: بتفحص الشكل 6، يبدو جليا اختلاف السلوك العام للموصل المدروس بحسب شدة المجال المغناطيسي المطبق. وشكل 7 ، يقوم بتوضيح أكبر حيث تم التركيز فقط على منطقة التحول (درجة الحرارة الحرجة). يمكن ملاحظة جودة العينات المدروسة حيث تم التحول بشكل حاد وسريع يعكسه الخط شبه الراسي للمقاومية التي نزلت فجأة إلى الصفر وهو سلوك يوحي عادة بجودة العينة وحصول الطور الفائق بشكل كامل. ولكن يلاحظ أن هناك اختلافات كبيرة في درجة الحرارة الحرجة حيث كانت عند 44 K عندما كان المجال عند 1000 G في حين هبطت إلى حوالي 34 K عندما وصلنا إلى 40,000 G. شكل 8 مخصص للحالة عندما وصلنا إلى مجال قيمته 140,000 G حيث يصعب إضافته للأشكال السابقة بسبب اختلاف مقياس الرسم. هذا الشكل يبين أن درجة حرارة التحول قد تدنت إلى حدود 13 Kفقط . يلاحظ بأن سلوك المقاومية للموصل الفائق في المدى بين درجة حرارة الغرفة 300K ودرجة حرارة التحول TC كما في الشكل 6 وشكل 8 بأنه يخضع للعلاقة العامة التي تعتمد على T2 بشكل تقريبي، وهو سلوك معروف لهذا المركب.