جوانان ایران زمین

آشکارسازهای فروسرخ :‏

آشکارسازی در ناحیه فروسرخ مسئله مشکل تری است زیرا در طول موج های بالای حدود 13000 ‏آنگستروم ، فوتون ها انرژی کافی برای خروج الکترون از کاتد یا فعال ساختن امولسیون را ندارد. و ‏منابع نوری نیز ضعیف اند.

در طول موجی حدود 1mm آشکارسازهای بلوری روش کهموج قابل استفاده اند، لذا در اینجا فاصله ‏‏ 1μmالی 1000μm را بررسی می کنیم. آشکارسازهای گرمایی و فوتورسانا ، تقسیم بندی کرد. در هر ‏دو دسته ، جواب حاصل متناسب با توان جذبی w است. با این تفاوت که آشکارسازهای گرمایی ‏آهنگ انرژی جذب شده را مستقل از طول موج آن اندازه می گیرند. در صورتی که آشکارسازهای ‏فوتورسانا ، مانند تکثیرکننده های فوتون ، میزان جذب فوتون ها را اندازه می گیرند. ‏

بنابرین به طور مطلوب ، جواب آنها برای یک توان مطلوب در گستره حساسشان ، به طور خطی با ‏طول موج افزایش می یابد. این دو نوع از لحاظ زمان تغییرات علامت سرعت متفاوتی دارند. بصورت ‏یک دستور کلی می توان گفت که این مقدار در مقایسه با نانو ثانیه برای تکثیرکننده های فوتون ، ‏برحسب میلی ثانیه برای آشکارسازهای گرمایی ، میکرو ثانیه برای آشکارسازهای فوتورسانا اندازه ‏گیری می شود. ‏

قیاس آشکارساز فروسرخ با سایر آشکارسازها:

در مقایسه با تکثیر کننده های فوتون ، آشکارسازهای فروسرخ در طول موج های کوتاه تر هم نوفه ‏دارند و هم کندتر هستند. از آنجایی که توان تابشی منابع فروسرخ نسبتا پایین است، لذا تراز نوفه این ‏آشکارساز یک سرشتی بسیارمهم است.

آشکارسازهای گرمایی برای تمامی ناحیه فروسرخ حساس اند. ترموکوپل ها و ترموپیل ها افزایش ‏دمای حاصل از جذب تابش را به صورت نیروی محرکه الکتریکی ترموالکتریک اندازه گیری می کنند. ‏و بولومترها آن را از روی تغییر مقاومت اندازه می گیرند. بولومترها عموما بیشتر مورد استفاده اند. ‏و جهت کاهش نوفه گرمایی و افزایش حساسیت ، آنها را اغلب در دمای هلیوم مایع به کار می برند.‏

یک نوع آشکارساز نسبتا متفاوتی ، سلول گولای براساس انبساط یک گاز نادر در اثر گرمای حاصل ‏از تابش فرودی کار می کند. یکی از دیوارهای سلول کوچک حاوی گاز از یک غشای قابل انعطاف ‏باریکه نور باز تابیده ازآن دریافت می شود. سلول گولای یک مرتبه مقداری آهسته تر و ناحساس تر ‏از یک بولومتر خنک شده است. اما منیمم علامت آشکارسازی توسط آن زیاد متفاوت نیست و سلول ‏گولای دارای مزیت کار در دمای اتاق است.

سلول های فوتورسانا عبارت از نیم هادیهایی است که مقاومت الکتریکی آنها در اثر نوردهی کم می ‏شود. تغییر در مقاومت متناسب با آهنگ جذب فوتون هاست و می توان آن را به صورت یک تغییر ‏ولتاژ در دو سر یک مقاومت بار ، سری با دستگاه فوتورسانا ، اندازه گیری کرد. این ساز و کار را ‏می توان به صورت یک اثر فوتو الکتریک داخلی توصیف کرد. ‏

آشکارساز فوتونی:‏

برخلاف فوتوسل یا فوتوکاتد یک تکثیرکننده فوتونی ، فوتون ها دارای انرژی کافی برای خارج کردن ‏مستقیم الکترون ازسطح نیستند ولی آنها پایدارتر از طول موج های قطع مشخصی انرژی کافی برای ‏آزاد ساختن یک الکترون از شبکه بلور را به دست می آورند و لذا باعث افزایش تعداد الکترون ها و ‏یا حفره های آزادی می شوند که به عنوان حاملین بار عمل می کنند. این اثر با پر کردن نیمه هادی ، ‏جهت کاهش تعداد الکترون های برانگیخته گرمایی تقویت می یابد. تا این اواخر دستگاه های ‏فوتورسانا فقط می توانستند در ناحیه فروسرخ نزدیک کار بکنند. که طول موج قطع برای این بلورها ‏مانند سولفور سرب در حدود چند میکرومتر است. ‏

اما انواع جدید نیمه هادی نا خالص شده یعنی بلورهای شامل مقدار کمی از ناخالصی های برگزیده ، ‏می توانند ( در دمای هلیوم ) تا حدود 100μm کار بکنند. در واقع ، اینک معلوم شده است که آشکارسازهای bs – nI می توانند تا درون ناحیه موج میلی متری هم کار کنند. زیرا قابلیت حرکت الکترون های آزاد با جذب انرژی فوتون افزایش می یابد و این الکترون ها می توانند در دمایی بالا تر ‏از دمای بلور وجود داشته باشند. به این دلیل این آشکارسازها به آشکارسازهای با الکترون گرم ‏موسومند.‏

آشکارساز امواج فرابنفش:

علاوه بر صفحات عکاسی مخصوص و تکثیرکننده های فوتون که می توانند تا ناحیه فرابنفش به کار ‏برده شوند. برای طول موج های کمتر از حدود 1300 آنگستروم که انرژی فوتون تا حد یونیدن ‏گازهای پایدار بالاست ( E<9ev) می توان به وسیله نور آشکارسازی کرد.

برای آشکارسازی مداوم از یک اتاقک یونش استفاده می شود. اتاقک در ناحیه مسطح یا اشباع ‏منحنی جریان برحسب ولتاژ کار می کند. که در آن جریان یون مستقل از ولتاژ اتاقک بوده و متناسب ‏با شدت فرودی است.

کارآیی آشکارساز ، برحسب زوج های یون به ازای هر فوتون می تواند به سادگی تا %100‏برسد. در واقع اگر انرژی فوتون تا حد یونش مضاعف بالا باشد، ممکن است کار آیی بیشتر از این نیز ‏شود. ‏

آشکارساز گایگر مولر:‏

از آشکارسازهای پالسی یک نوعش شمارنده گایگر مولر است. فوتوالکترون اولیه حاصل از فوتون ‏فرودی شتاب داده می شود تا با برخوردهای متوالی با مولکول های گاز بهمنی را به وجود بیاورد، که ‏این تقویت گازی است. به علت نبودن مواد برای ایجاد پنجره ، استفاده از هر دو نوع مزبور در ناحیه ‏طول موج های 1040 – 300 آنگستروم مشکل است. این امر مخصوصا در مورد شمارنده گایگر یا ‏شمارنده فوتون ، که در فشارهای گاز نسبتا زیاد ( حدود 100 تور ) فلزی نازک قابل عبور می شوند ‏و از این ناحیه یک راست تا ناحیه اشعه ایکس می توان از آشکارساز مزبور استفاده کرد.

گاز به کار برده شده در طول موج های بلند معمولا اکسید نیتریک یا مولکول های مشابه است، اما در ‏طول موج های کوتاه گازهای نادر به علت بالا بودن پتانسیل یونش آنها ترجیح داده می شوند. با ‏انتخاب زیرکانه ماده پنجره و گاز محتوی می توان نقطه نقطه قطع طول موج های کوتاه و بلند را ‏طوری مرتب کرد که نوار باریکی از حساسیت به وجود آید. آشکارسازهای برگزیده ای از این قبیل ‏جایگزین طیف سنج در پاره ای از آزمایش های اختر پاراکت رها گشته است. ‏

آشکارسازی نور قطبیده:‏

آشکارسازهای نور یونش هم چنین برای اندازه گیری های شدت های مطلق و برای درجه بندی منابع ‏به صورت استانداردهای شدت در فرابنفش خلا به کار برده شده اند. اگر هر فوتون جذب شده یک ‏فوتوالکترون تولید کند، جریان خروجی یک اطاقک یونی برابر تعداد فوتون های جذبی می شود. ‏گازهای نادر این شرط را به جا می آورند. و به علاوه ضرایب جذب آنها به قدری بالاست که فشار ‏کمی از گاز برای جذب کامل کافی می باشد.

اتاقک یونی را می توان در این طریق با گازهای نادر به ترتیب کاهش وزن اتمی آنها از 1022 ‏آنگستروم ، حد یونش گزنون تا 250 آنگستروم که در آن فوتوالکترون های خروجی دارای انرژی ‏کافی برای ایجاد یونش ثانوی در هلیوم است، به کار برد. به هر حال شمارنده فوتونی می تواند در این ‏نقطه کار را به عهده گیرد. زیرا این آشکارساز به جای تعداد الکترون ها ، پالس حاصله از هر فوتون ‏جذب شده را ثبت می کند.‏

tanha.bikas · 04-24-2006, 12:54 AM

فیزیکدانان دانشگاه اوهایو با همکاری دیگر دانشمندان برای اولین بار نوعی از خاصیت آهن ربایی را به نمایش درآوردند که 50 سال قبل پیش بینی شده بود. این خاصیت عبارت است از یک نوع خاص از گذار انرژی که برای اتم های موجود در یک آهن ربای کوچک روی می دهد. این نوع آهن ربا های بسیار کوچک کرومیوم ۸ (Cr8) نامیده می شوند. دانشمندان انتظار داشتند این اثر از قوانین مکانیک کوانتومی تبعیت کند، اما در عمل خواص آهن ربایی مشاهده شده، نشان از قوانین فیزیک کلاسیک داشت. قوانین کلاسیکی حرکت و انرژی را مردم در زندگی روزانه خودتجربه می کنند. این قوانین درباره اجسامی صدق می کنند که به اندازه کافی بزرگ هستند تا با چشم غیرمسلح دیده شوند. اما مکانیک کوانتومی علمی است که برهمکنش میان ذرات کوچک (در اندازه اتم) را بررسی می کند. آهن رباهای مولکولی Cr8 تا آن اندازه کوچک هستند که باید برای توصیف خواص آنها از مکانیک کوانتومی استفاده کرد. یافته های اخیر می تواند به پر شدن شکاف میان مکانیک کلاسیک و کوانتوم درباره توصیف ساختارهای ریز کمک کند.

همچنین از نتایج به دست آمده می توان برای ساخت تجهیزات آتی بر پایه نانوتکنولوژی استفاده کرد. یکی از این اهداف ساخت کامپیوتر هایی در اندازه کوچک با توان بسیار بالاست. الیور والدمن (Oliver Waldmann) از دپارتمان فیزیک دانشگاه اوهایو می گوید: این آزمایش نشان داد که می توان جنبه های مهمی از خواص مکانیک کوانتومی را با معلومات کلاسیکی درک کرد. نتایج به دست آمده توسط والدمن و همکارانش در شماره اخیر مجله فیزیکال ریو لترز (Physical Review Letters) منتشر شده است.

مولکول هایی همچون Cr8 را آهن رباهای مولکولی می نامند. این ترکیبات هر چند از تعداد کمی اتم تشکیل شده اند اما مولکول بزرگی را تشکیل می دهند. آنچه باعث ایجاد خاصیت آهن ربایی می شود اسپین الکترون های اتم است اما کل مولکول همانند یک آهن ربای مجزا عمل می کند. Cr8 شامل هشت اتم باردار کروم است که به صورت حلقه ای به هم متصل شده اند و اندازه حلقه کمتر از یک نانومتر است.

اسپین این هشت اتم به گونه ای است که چهار اتم دارای اسپین هم جهت (به عنوان مثال جهت بالا) و چهار اتم دیگر دارای اسپین در جهت مخالف (پایین) هستند. اسپین های بالا و پایین اثر هم را خنثی می کنند و باعث می شوند که Cr8 به عنوان ماده ای آنتی فرومغناطیس شناخته شود. محققان ساختارهای متشکل از اسپین بالا و پایین را به عنوان ساختار نیل (Neel) می شناسند. لوئیس نیل فیزیکدان فرانسوی در سال 1970 به خاطر کشف اثر آنتی فرومغناطیس جایزه نوبل را دریافت کرد. در سال 1952 فیزیکدان دانشگاه پرینستون و برنده جایزه نوبل فیلیپ آندرسون (Philip Anderson) پیش بینی کرد که اگر اتم ها در یک ماده آنتی فرومغناطیس اندکی از حالت تعادل اسپین های بالا و پایین خارج شوند، گذار های انرژی آنها همانند یک ساختار موج مانند خواهند بود. اما نظریه آندرسون پیشنهاد می کند که وقتی در این نوع آهن رباها، الکترون ها در پایین ترین حالت انرژی باشند نوع دومی از القا که القای نیل نامیده می شود به وقوع خواهد پیوست. این نوع از القای نیل تا به حال مشاهده نشده بود.هنگامی که والدمن در دانشگاه نورنبرگ آلمان بود اساس تئوری این تحقیق را بنا نهاده بود و دیگر همکارانش در اروپا در پی انجام آزمایش های مربوطه بودند.این قبیل آهن رباهای مولکولی با ساختار های گوناگون می توانند اثرات جدیدی را نشان دهند که یکی از آنها مشاهده القای نیل بود.

تحقیق درباره آهن رباهای مولکولی می تواند امکان استفاده از شیمی تجزیه را در شناخت خصوصیات آهن رباها فراهم کند و برخی از ویژگی هایی را که قبلاً ناشناخته بودند، معرفی کند. این روش می تواند منجر به پیدایش علوم بنیادی جدید و تکنولوژی نوینی گردد. برای انجام دادن آزمایش دانشمندان نمونه Cr8 را تا دمای چند درجه کلوین سرد کردند. در این حالت الکترون ها به احتمال زیاد در پایین ترین تراز انرژی قرار می گیرند. سپس نمونه ها را با استفاده از نوترون ها طوری بمباران کردند که الکترون ها انرژی لازم را برای بروز القای نیل کسب کنند. با انجام بسیار ماهرانه آزمایش تعدادی از اتم ها نوترون ها را جذب کردند و سیگنال های ضعیفی از اثرات انرژی پایین آشکار شد، که القای نیل هم یکی از این اثرات بود. فیزیکدانان از این جهت Cr8 را برای انجام آزمایش انتخاب کرده بودند که توانایی تولید سیگنال ضعیف را دارا بود. هنگامی که والدمن سیگنال های مربوط به سطوح انرژی را پس از انجام آزمایش بررسی می کرد، مشاهده کرد که نتیجه آزمایش با آنچه که نیم قرن پیش توسط آندرسون پیش بینی شده بود مطابقت دارد و همه چیز سر جای خودش قرار گرفته است. والدمن در این باره می گوید: من مدت زیادی امیدوار بودم که القای نیل را مشاهده کنم. این پروژه از چهار سال قبل آغاز شده بود با این حال رسیدن به جواب برای ما موفقیت و پیروزی ناگهانی بود و این نتایج بسیار هیجان انگیز بودند، زیرا با وجود آنکه القای نیل یک اثر کوانتوم مکانیکی است اما فیزیکدانان قبلی توانسته بودند آن را با استفاده از مکانیک کلاسیک تبیین کنند. این ایده می تواند در تولید نوع جدیدی از الکترونیک به کار آید.

در الکترونیک معمولی اطلاعات بر پایه کد باینری (Binory) که از صفر و یک تشکیل می شود، کدگذاری می شوند. صفر یا یک بودن که وابسته به این است که الکترون در ماده ای از قبیل سیلیکون حضور داشته باشد یا نه. اما می توان از جهت اسپین الکترون ها که هم شامل جهت بالا و هم پایین و هم جهات مابین این دو را شامل می شوند، استفاده کرد. از نظر تئوری این روش کدگذاری اطلاعات بسیار بیشتری را تدارک می بیند، طوری که یک الکترون به تنهایی می تواند انواع مختلفی از اطلاعات را ذخیره کند. این قبیل کامپیوتر های کوانتومی از نظر حجمی بسیار کوچک تر از کامپیوتر های معمول امروزی خواهند بود اما در عمل بسیار توانمند تر. در این قبیل کامپیوتر ها به جای تراشه های سیلیکونی از آرایه های مولکولی همانند Cr8 استفاده خواهد شد. البته تولید این نوع کامپیوتر ها نیاز به تکنولوژی خاص دارد که شاید تا چند دهه آینده به طول انجامد. این تحقیق نشان داد که القائاتی از این دست را می توان با استفاده از استدلال های کلاسیکی درک کرد و این روش می تواند برای درک دیگر اثر ها در این قبیل مواد کمک موثری باشد.

04-24-2006, 12:54 AM	#5
tanha.bikas ایول بابا پروفشنال تاريخ عضويت: Feb 2006 پست ها: 777	آهن ربای مولکولی فیزیکدانان دانشگاه اوهایو با همکاری دیگر دانشمندان برای اولین بار نوعی از خاصیت آهن ربایی را به نمایش درآوردند که 50 سال قبل پیش بینی شده بود. این خاصیت عبارت است از یک نوع خاص از گذار انرژی که برای اتم های موجود در یک آهن ربای کوچک روی می دهد. این نوع آهن ربا های بسیار کوچک کرومیوم ۸ (Cr8) نامیده می شوند. دانشمندان انتظار داشتند این اثر از قوانین مکانیک کوانتومی تبعیت کند، اما در عمل خواص آهن ربایی مشاهده شده، نشان از قوانین فیزیک کلاسیک داشت. قوانین کلاسیکی حرکت و انرژی را مردم در زندگی روزانه خودتجربه می کنند. این قوانین درباره اجسامی صدق می کنند که به اندازه کافی بزرگ هستند تا با چشم غیرمسلح دیده شوند. اما مکانیک کوانتومی علمی است که برهمکنش میان ذرات کوچک (در اندازه اتم) را بررسی می کند. آهن رباهای مولکولی Cr8 تا آن اندازه کوچک هستند که باید برای توصیف خواص آنها از مکانیک کوانتومی استفاده کرد. یافته های اخیر می تواند به پر شدن شکاف میان مکانیک کلاسیک و کوانتوم درباره توصیف ساختارهای ریز کمک کند. همچنین از نتایج به دست آمده می توان برای ساخت تجهیزات آتی بر پایه نانوتکنولوژی استفاده کرد. یکی از این اهداف ساخت کامپیوتر هایی در اندازه کوچک با توان بسیار بالاست. الیور والدمن (Oliver Waldmann) از دپارتمان فیزیک دانشگاه اوهایو می گوید: این آزمایش نشان داد که می توان جنبه های مهمی از خواص مکانیک کوانتومی را با معلومات کلاسیکی درک کرد. نتایج به دست آمده توسط والدمن و همکارانش در شماره اخیر مجله فیزیکال ریو لترز (Physical Review Letters) منتشر شده است. مولکول هایی همچون Cr8 را آهن رباهای مولکولی می نامند. این ترکیبات هر چند از تعداد کمی اتم تشکیل شده اند اما مولکول بزرگی را تشکیل می دهند. آنچه باعث ایجاد خاصیت آهن ربایی می شود اسپین الکترون های اتم است اما کل مولکول همانند یک آهن ربای مجزا عمل می کند. Cr8 شامل هشت اتم باردار کروم است که به صورت حلقه ای به هم متصل شده اند و اندازه حلقه کمتر از یک نانومتر است. اسپین این هشت اتم به گونه ای است که چهار اتم دارای اسپین هم جهت (به عنوان مثال جهت بالا) و چهار اتم دیگر دارای اسپین در جهت مخالف (پایین) هستند. اسپین های بالا و پایین اثر هم را خنثی می کنند و باعث می شوند که Cr8 به عنوان ماده ای آنتی فرومغناطیس شناخته شود. محققان ساختارهای متشکل از اسپین بالا و پایین را به عنوان ساختار نیل (Neel) می شناسند. لوئیس نیل فیزیکدان فرانسوی در سال 1970 به خاطر کشف اثر آنتی فرومغناطیس جایزه نوبل را دریافت کرد. در سال 1952 فیزیکدان دانشگاه پرینستون و برنده جایزه نوبل فیلیپ آندرسون (Philip Anderson) پیش بینی کرد که اگر اتم ها در یک ماده آنتی فرومغناطیس اندکی از حالت تعادل اسپین های بالا و پایین خارج شوند، گذار های انرژی آنها همانند یک ساختار موج مانند خواهند بود. اما نظریه آندرسون پیشنهاد می کند که وقتی در این نوع آهن رباها، الکترون ها در پایین ترین حالت انرژی باشند نوع دومی از القا که القای نیل نامیده می شود به وقوع خواهد پیوست. این نوع از القای نیل تا به حال مشاهده نشده بود.هنگامی که والدمن در دانشگاه نورنبرگ آلمان بود اساس تئوری این تحقیق را بنا نهاده بود و دیگر همکارانش در اروپا در پی انجام آزمایش های مربوطه بودند.این قبیل آهن رباهای مولکولی با ساختار های گوناگون می توانند اثرات جدیدی را نشان دهند که یکی از آنها مشاهده القای نیل بود. تحقیق درباره آهن رباهای مولکولی می تواند امکان استفاده از شیمی تجزیه را در شناخت خصوصیات آهن رباها فراهم کند و برخی از ویژگی هایی را که قبلاً ناشناخته بودند، معرفی کند. این روش می تواند منجر به پیدایش علوم بنیادی جدید و تکنولوژی نوینی گردد. برای انجام دادن آزمایش دانشمندان نمونه Cr8 را تا دمای چند درجه کلوین سرد کردند. در این حالت الکترون ها به احتمال زیاد در پایین ترین تراز انرژی قرار می گیرند. سپس نمونه ها را با استفاده از نوترون ها طوری بمباران کردند که الکترون ها انرژی لازم را برای بروز القای نیل کسب کنند. با انجام بسیار ماهرانه آزمایش تعدادی از اتم ها نوترون ها را جذب کردند و سیگنال های ضعیفی از اثرات انرژی پایین آشکار شد، که القای نیل هم یکی از این اثرات بود. فیزیکدانان از این جهت Cr8 را برای انجام آزمایش انتخاب کرده بودند که توانایی تولید سیگنال ضعیف را دارا بود. هنگامی که والدمن سیگنال های مربوط به سطوح انرژی را پس از انجام آزمایش بررسی می کرد، مشاهده کرد که نتیجه آزمایش با آنچه که نیم قرن پیش توسط آندرسون پیش بینی شده بود مطابقت دارد و همه چیز سر جای خودش قرار گرفته است. والدمن در این باره می گوید: من مدت زیادی امیدوار بودم که القای نیل را مشاهده کنم. این پروژه از چهار سال قبل آغاز شده بود با این حال رسیدن به جواب برای ما موفقیت و پیروزی ناگهانی بود و این نتایج بسیار هیجان انگیز بودند، زیرا با وجود آنکه القای نیل یک اثر کوانتوم مکانیکی است اما فیزیکدانان قبلی توانسته بودند آن را با استفاده از مکانیک کلاسیک تبیین کنند. این ایده می تواند در تولید نوع جدیدی از الکترونیک به کار آید. در الکترونیک معمولی اطلاعات بر پایه کد باینری (Binory) که از صفر و یک تشکیل می شود، کدگذاری می شوند. صفر یا یک بودن که وابسته به این است که الکترون در ماده ای از قبیل سیلیکون حضور داشته باشد یا نه. اما می توان از جهت اسپین الکترون ها که هم شامل جهت بالا و هم پایین و هم جهات مابین این دو را شامل می شوند، استفاده کرد. از نظر تئوری این روش کدگذاری اطلاعات بسیار بیشتری را تدارک می بیند، طوری که یک الکترون به تنهایی می تواند انواع مختلفی از اطلاعات را ذخیره کند. این قبیل کامپیوتر های کوانتومی از نظر حجمی بسیار کوچک تر از کامپیوتر های معمول امروزی خواهند بود اما در عمل بسیار توانمند تر. در این قبیل کامپیوتر ها به جای تراشه های سیلیکونی از آرایه های مولکولی همانند Cr8 استفاده خواهد شد. البته تولید این نوع کامپیوتر ها نیاز به تکنولوژی خاص دارد که شاید تا چند دهه آینده به طول انجامد. این تحقیق نشان داد که القائاتی از این دست را می توان با استفاده از استدلال های کلاسیکی درک کرد و این روش می تواند برای درک دیگر اثر ها در این قبیل مواد کمک موثری باشد. __________________ کلیک نکنید

جوانان ایران زمین

غریب تو ی غربت

آشکار ساز الکترومغناطیسی

نوشته‌های پیشین

پیوندها