WYK ŁAD VII
description
Transcript of WYK ŁAD VII
![Page 1: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/1.jpg)
WYKŁAD VIIA. Elektronika XXw. (klasyczne półprzewodniki – tranzystory i diody).
Materiały domieszkowane. Łagodna a dramatyczna zmiana właściwości materiału w funkcji domieszkowania. Polimery przewodzące, brązy nieorganiczne, nadprzewodniki.
B. Baterie słoneczne i materiały do foto- i termoemisji elektronów. Domieszkowanie przez wstrzyknięcie ładunku. Afera Schöna.
C. Właściwości magnetyczne materii. Diamagnetyki (w tym nadprzewodniki), paramagnetyki, ferromagnetyki, antyferromagnetyki i ferrimagnetyki. Materiały twarde i miękkie, nisko- i wysokotemperaturowe. Magnetooporność i magnetostrykcja.
D. Składowanie energii w polu magnetycznym. Przetworniki mechano-, magneto- i termoelektryczne, oraz elektromechaniczne i magnetomechaniczne. Piezoelektryki i termopary. Generacja fal dźwiękowych.
![Page 2: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/2.jpg)
isolator
EF
semicond. metal supercond.
![Page 3: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/3.jpg)
Domieszkowanie półprzewodników
e– doping
Ge:SbGe:Se
h+ doping
Ge:Ga Ge:Zn
![Page 4: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/4.jpg)
Domieszkowanie półprzewodników, c.d.
e– doping
Ge1–As
Ga3+{As3–1–}
Ti{O1– } vel Ti1+O
h+ doping
Ge1–Ga
{Ga3+1–
}As3–
{Ti1–}O vel TiO1+
Mieszana wartościowość
Mixed–valence or … intermediate valence?
PtO = PtIIO ale ‘AgO’ = AgI[AgIIIO2]
Insulator to metal transition
![Page 5: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/5.jpg)
Materiały domieszkowane. Łagodna a dramatyczna zmiana właściwości materiału w funkcji domieszkowania.
LaNi1–xMnxO3
Półprzewodnik Metal Półprzewodnik Nadprzewodnik
![Page 6: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/6.jpg)
h+ = Cu2+:(Cu3+) e– = Cu2+:(Cu1+)
Brak symetrii w domieszkowaniu elektron/dziura
![Page 7: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/7.jpg)
Klasyczne półprzewodniki (Nagroda Nobla 1956 & 2000) Polimery przewodzące 2000 Brązy nieorganiczneNadprzewodniki 1987
Si:(P,As,Sb)
![Page 8: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/8.jpg)
![Page 9: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/9.jpg)
![Page 10: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/10.jpg)
Domieszkowanie przez wstrzyknięcie ładunku. Afera Schöna.
J. H. Schön
domieszkowanie fizyczne (wstrzyknięcie netto ładunku do materii) vs chemiczne (zmiana pierwiastka, zmiana położenia jąder atomowych)
![Page 11: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/11.jpg)
Baterie słoneczne.
n-p junction wafer solar battery solar panel (stack)
![Page 12: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/12.jpg)
Si, $ 23 0.6 Watt (2004)
commercialSolar Output & Charging Time (in full sunlight) 3V 200mA 2-3 hours 6V 100mA 4-6 hours9V 50mA 10-12 hours 12V 50mA 10-12 hours
GaAs > $ 100,000 6 kWatt (2004) NASA
Moc podawana dla warunków
pełnego oświetlenia na
planecie ZIEMI
Wydajność konwersji energii:
14 %
22%
Strata jakosci = –1 do 2% rocznie
![Page 13: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/13.jpg)
Smaller band gap: – more effective absorption of whole solar EM spectrumbut– lower voltage generated
Balancing the effect gives optimum band gap of 1.4 eV
Si (single crystal, polycrystalline, amorphous)GaAsCuInSe2
CdTe…multi–band gap stacks
![Page 14: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/14.jpg)
Właściwości magnetyczne materii. Diamagnetyki. WYPYCHANE Z OBSZARU SILNIEJSZEGO POLA- Klasyczne (precesja Larmora): brak niesparowanych elektronów lub
niemobline wolne pary elektronowe (np. SiO2 lub :SbCl3), χ < 0
- nadprzewodniki: brak niesparowanych elektronów, mobilne singletowe (bozonowe) pary elektronowe (np. Hg poniżej 4 K), χ << 0
Paramagnetyki. WCIĄGANE W OBSZAR SILNIEJSZEGO POLA- wolny elektron (Langevin): związki z jednym niesparowanym elektronem w
dużym rozcieńczeniu (np. Cu2+· (d9) w CuSO4 powyżej 0.03 K), χ > 0
- van Vleck (niezależny od T): silne mieszanie stanu podstawowego i wzbudzonego, łatwość wzbudzenia elektronów (np. CuI
2ZrIVCl6 vs CuII2ZrII
powyżej 50 K, χ = + constans
- Pauli (niezależny od T): zwykłe metale, mobilne niesparowane elektrony (np. Cs0), χ = + constans
Ferromagnetyki: silna komunikacja centrów magnetycznych, równoległe ułożenie spinów (np. Fe0 (d6) < 770 oC), χ >> 0
Antyferromagnetyki: silna komunikacja centrów magnetycznych, antyrównoległe ułożenie identycznych spinów (np. HS Co2+··· (d7) CoO < 55 oC), χ złożona
Ferrimagnetyki: silna komunikacja centrów magnetycznych, antyrównoległe ułożenie różnych spinów (np. HS Fe3+····· (d5) @ Fe2+···· (d6) Fe3O4 < 585 oC), χ > 0, złożona
![Page 15: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/15.jpg)
χ
0 T
dia
paravan VleckPauli ferro
TCurieTNeel
antiferro
nadprzew
Tkryt
![Page 16: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/16.jpg)
Materiały magnetyczne: twarde i miękkie, nisko- i wysokotemperaturowe.
TC /oC BS /T BP /T HC /kA m–1 (BH)max
/kJ m–3
max /1000
Fe 770 2.16 0.0001 180Co 1331 1.80 0.95Ho –253 3.20
Fe3O4585 0.60
Fe2Co 970 2.52 0.98 19 7.4 0.012Co5Sm 750 0.87 760 180fnbca* 300 1.32 880 324
FeCo49V2940 2.40 0.17 4.5
NiFe16Mo5400 0.79 0.16 1000
Fe4B (szkło) 374 1.60 3.2 320
* Fe62.5Nd15B5.5Co16Al1
H
B
BS
BP
HC
TC – temperatura Curie
HC – pole koercji
BS – indukcja nasycenia
BP – indukcja szczątkowa
max – maksymalna względna przenikalność magnetyczna
(BH)max – energia zmagazynowana w polu magnetycznym obecnym w materiale, na jednostkę objętości
![Page 17: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/17.jpg)
Składowanie energii w polu magnetycznym/SMES = Superconducting Magnet Energy Storage/
Układ wysokowydajnego magazynowania, główne straty energii są związane z koniecznością chłodzenia cewki nadprzewodzącej Ni/Ti, < 5 K Obecnie w USA na liniach przesyłowych ultrawysokiego
napięcia, dla stabilizacji mocy w okresie jej wahań
![Page 18: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/18.jpg)
Magnetooporniki.
warstwa magnetyczna
warstwa magnetyczna
diamagnetyczny separator
mała oporność
‘FM’
duża oporność
‘AFM’
– zasada Pauliego– analogia optyczna z dwiema płytkami polaryzacyjnymi (elektron to fala materii…)
![Page 19: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/19.jpg)
– b. duza czulosc na pole magnetyczne– twarde dyski wysokiej gestosci– glowica magnetyczna odtwarzacza tasmowego
– kompasy samolotowe– czytniki kard magnetycznych– czujniki pradu i pola (ABS, odcinacze bezpieczenstwa, mierniki natezenia pradu etc.)
![Page 20: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/20.jpg)
1988: GIANT magnetoresistance (GMR)Baibich et al. (Paris) & Binasch et al.(Jülich)
MnIII/MnIV.
Thousandfold Change in Resistivity in Magnetoresistive La1–xCaxMnO3 FilmsS. Jin, T.H. Tiefel, M. McCormack, R.A. Fastnacht, R. Ramesh and L.H. ChenScience 264 (1994) 413
4 e– 3 e–
(La1–xCax)MnO3 (Ba1–xKx)BiO3 CaTiO3
magnetoresistance, superconductivity, ferroelectricity
ABX3 perovskite…
![Page 21: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/21.jpg)
Przetworniki mechano-, magneto- i termoelektryczne.
termopary
Piezoelektryki
C6H5NO2 H2OH2O
+NR4Cl
U /V
U /V
+
+
+
+–
–
–
–
T T+T
U /V
Magneto-oporność
![Page 22: WYK ŁAD VII](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081504/56814a9a550346895db7a95f/html5/thumbnails/22.jpg)
Przetworniki magnetomechaniczne i elektromechaniczne.
magnetostrykcja elektrostrykcja
Spin–crossover compounds.
Słabe pole ligandów, HS Silne pole ligandów, LS