Tai lieu 12- laze-spin

Laser
Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm ki ế m
Laser He-Ne
Laser là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
trong tiếng Anh, và có nghĩa là "khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích".
Electron tồn tại ở các mức năng lượng riêng biệt trong một nguyên tử. Các mức năng
lượng có thể hiểu là tương ứng với các quỹ đạo riêng biệt của electron xung quanh hạt
nhân. Electron ở bên ngoài sẽ có mức năng lượng cao hơn những electron ở phía trong.
Khi có sự tác động vật lý hay hóa học từ bên ngoài, các hạt electron này cũng có thể nhảy
từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao hay ngược lại. Các quá trình này có thể
sinh ra hay hấp thụ các tia sáng (photon) theo giả thuyết của Albert Einstein. Bước sóng
(do đó màu sắc) của tia sáng phụ thuộc vào sự chênh lệch năng lượng giữa các mức.
Có nhiều loại laser khác nhau, có thể ở dạng hỗn hợp khí, ví dụ He-Ne, hay dạng chất lỏng,
song có độ bức xạ lớn nhất vẫn là tia laser tạo bởi các thành phần từ trạng thái chất rắn.
Lịch sử
Laser được phỏng theo maser, một thiết bị có cơ chế tương tự nhưng tạo ra tia vi sóng hơn
là các bức xạ ánh sáng. Maser đầu tiên được tạo ra bởi Charles H. Towne s và sinh viên tốt
nghiệp J.P. Gordon và H.J. Zeiger vào năm 1953. Maser đầu tiên đó không tạo ra tia sóng
một cách liên tục. Nikolay Gennadiyevich Basov và Aleksandr Mikhailovich Prokhorov
của Liên bang Xô viết đã làm việc độc lập trên lĩnh vực lượng tử dao động và tạo ra hệ
thống phóng tia liên tục bằng cách dùng nhiều hơn 2 mức năng lượng. Hệ thống đó có thể
phóng ra tia liên tục mà không cho các hạt xuống mức năng lượng bình thường, vì thế vẫn
giữ tần suất. Năm 1964, Charles Townes, Nikolai Basov và Aleksandr Prokhorov cùng
nhận giải thưởng Nobel vật lý về nền tảng cho lĩnh vực điện tử lượng tử, dẫn đến việc tạo
ra máy dao động và phóng đại dựa trên thuyết maser-laser.
Laser hồng ngọc, một laser chất rắn, được tạo ra lần đầu tiên vào năm 1960, bởi nhà vật lý
Theodore Maiman tại phòng thí nghiệm Hughes Laboratory ở Malibu, California. Hồng
ngọc là ôxít nhôm pha lẫn crôm. Crôm hấp thụ tia sáng màu xanh lá cây và xanh lục, để lại
duy nhất tia sáng màu hồng phát ra.
Robert N. Hall phát triển laser bán dẫn đầu tiên, hay laser diod, năm 1962. Thiết bị của

Hall xây dựng trên hệ thống vật liệu gali-aseni và tạo ra tia có bước sóng 850 nanômét, gần
vùng quang phổ tia hồng ngoại. Laser bán dẫn đầu tiên với tia phát ra có thể thấy được
được trưng bày đầu tiên cùng năm đó. Năm 1970, Zhores Ivanovich Alferov của Liên Xô
và Hayashi và Panish của Phòng thí nghiệm Bell đã độc lập phát triển laser diode hoạt
động liên tục ở nhiệt độ trong phòng, sử dụng cấu trúc đa kết nối.
Cấu tạo
Cấu tạo cơ bản v cà ơ chế hoạt động của laser.
1) Buồng cộng hưởng (vùng bị kích thích)
2) Nguồn nuôi (năng lượng bơm v o vùng bà ị kích thích)
3) g ươ ng ph ả n x ạ to n phà ần
4) g ươ ng b án m ạ
5) tia laser
• Nguyên lý cấu tạo chung của một máy laser gồm có: buồng cộng
hưởng chứa hoạt chất laser, nguồn nuôi v hà ệ thống dẫn quang.
Trong đó buồng cộng hưởng với hoạt chất laser l bà ộ phận chủ yếu.
• Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, đó l mà ột chất đặc biệt có
khả năng khuyếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức để tạo ra
laser. Khi 1 photon tới va chạm v o hoà ạt chất n y thì kéo theo à đó l à
1 photon khác bật ra bay theo cùng hướng với photon tới. mặt khác
buồng công hưởng có 2 mặt chắn ở hai đầu, một mặt phản xạ to n à
phần các photon khi bay tới, mặt kia cho một phần photon qua một
phần phản xạ lại l m cho các hà ạt photon va chạm liên tục v o hoà ạt
chất laser nhiều lần tạo mật độ photon lớn. Vì thế cường độ chùm
laser được khuếc đại lên nhiều lần. Tính chất của laser phụ thuộc
v o hoà ạt chất đó, do đó người ta căn cứ v o hoà ạt chất để phân loại
laser.
Cơ chế
Một ví dụ về cơ chế hoạt động của laser có thể được miêu tả cho laser thạch anh.
• Dưới sự tác động của hiệu điện thế cao, các electron của thạch anh
di chuyển từ mức năng lượng thấp lên mức năng lương cao tạo nên

trạng thái đảo nghịch mật độ của electron.
• Ở mức năng lượng cao, một số electron sẽ rơi ngẫu nhiên xuống
mức năng lượng thấp, giải phóng hạt ánh sáng được gọi là photon.
• Các hạt photon n y sà ẽ toả ra nhiều hướng khác nhau từ một nguyên
tử, va phải các nguyên tử khác, kích thích eletron ở các nguyên tử
n y rà ơi xuống tiếp, sinh thêm các photon cùng t ầ n s ố , cùng pha v à
cùng hướng bay, tạo nên một phản ứng dây chuyền khuyếch đại
dòng ánh sáng.
• Các hạt photon bị phản xạ qua lại nhiều lần trong vật liệu, nhờ các
gương để tăng hiệu suất khuếch đại ánh sáng.
• Một số photon ra ngo i nhà ờ có g ươ ng bán m ạ tại một đầu của vật
liệu. Tia sáng đi ra chính l tia laser.à
Phân loại
Laser chất rắn
Có khoảng 200 chất rắn có khả năng dùng làm môi trường hoạt chất laser. Một số loại laser
chất rắn thông dụng:
• YAG-Neodym: hoạt chất l Yttrium Aluminium Garnet (YAG) cà ộng
thêm 2-5% Neodym, có bước sóng 1060nm thuộc phổ hồng ngoại
gần. Có thể phát liên tục tới 100W hoặc phát xung với tần số 1000-
10000Hz.
• Hồng ngọc (Rubi): hoạt chất l tinh thà ể Alluminium có gắn những
ion chrom, có bước sóng 694,3nm thuộc vùng đỏ của ánh sáng trắng.
• Bán dẫn: loại thông dụng nhất l diot Gallium Arsen có bà ước sóng
890nm thuộc phổ hồng ngoại gần.
Laser chất khí
• He-Ne: hoạt chất l khí Heli v Neon, có bà à ước sóng 632,8nm thuộc
phổ ánh sáng đỏ trong vùng nhìn thấy, công suất nhỏ từ một đến v i à
chục mW.
• Argon: hoạt chất l khà í argon, bước sóng 488 v 514,5nm.à
• CO2: bước sóng 10.600nm thuộc phổ hồng ngoại xa, công suất phát

xạ có thể tới megawatt (MW). Trong y học ứng dụng l m dao mà ổ.
LASER chất lỏng
Môi trường hoạt chất là chất lỏng, thông dụng nhất là laser màu.
Tính chất
• Độ định hướng cao: tia laser phát ra hầu như l chùm song song do à
đó khả năng chiếu xa h ng nghìn km m không bà à ị phân tán.
• Tính đơn sắc rất cao: chùm sáng chỉ có một m u (hay mà ột bước
sóng) duy nhất. Do vậy chùm laser không bị tán xạ khi đi qua mặt
phân cách của hai môi trường có chiết suất khác nhau. Đây l tính à
chất đặc biệt nhất m không nguà ồn sáng n o có.à
• Tính đồng bộ của các photon trong chùm tia laser.
• Có khả năng phát xung cực ngắn: cỡ mili giây (ms), nano giây, pico
giây, cho phép tập trung năng lượng tia laser cực lớn trong thời gian
cực ngắn.
Các chế độ hoạt động
Laser có thể được cấu tạo để hoạt động ở trạng thái bức xạ sóng liên tục (hay CW -
continuous wave) hay bức xạ xung (pulsed operation). Điều này dẫn đến những khác biệt
cơ bản khi xây dựng hệ laser cho những ứng dụng khác nhau.
Chế độ phát liên tục
Trong chế độ phát liên tục, công suất của một laser tương đối không đổi so với thời gian.
Sự đảo nghịch mật độ (electron) cần thiết cho hoạt động laser được duy trì liên tục bởi
nguồn bơm năng lượng đều đặn.
Chế độ phát xung
Trong chế độ phát xung, công suất laser luôn thay đổi so với thời gian, với đặc trưng là các
giai đoạn “đóng” và “ngắt” cho phép tập trung năng lượng cao nhất có thể trong một thời
gian ngắn nhất có thể. Các dao laser là một ví dụ, với năng lượng đủ để cung cấp một nhiệt
lượng cần thiết, chúng có thể làm bốc hơi một lượng nhỏ vật chất trên bề mặt mẫu vật
trong thời gian rất ngắn. Tuy nhiên, nếu cùng năng lượng như vậy nhưng tiếp xúc với mẫu
vật trong thời gian dài hơn thì nhiệt lượng sẽ có thời gian để xuyên sâu vào trong mẫu vật
do đó phần vật chất bị bốc hơi sẽ ít hơn. Có rất nhiều phương pháp để đạt được điều này,

như:
• Ph ươ ng pháp chuy ể n m ạ ch Q (Q-switching)
• Ph ươ ng pháp ki ể u khoá (modelocking)
• Ph ươ ng pháp b ơ m xung (pulsed pumping)
An toàn
Laser với cường độ thấp, chỉ là vài miliwatt, cũng có thể nguy hiểm với mắt người. Tại
bước sóng mà giác mạc mắt và thủy tinh thể có thể tập trung tốt, nhờ tính đồng nhất và sự
định hướng cao của laser, một công suất năng lượng lớn có thể tập trung vào một điểm cực
nhỏ trên võng mắt. Kết quả là một vết cháy tập trung phá hủy các tế bào mắt vĩnh viễn
trong vài giây, thậm chí có thể nhanh hơn. Độ an toàn của laser được xếp từ I đến IV. Với
độ I, tia laser tương đối an toàn. Với độ IV, thậm chí chùm tia phân kỳ có thể làm hỏng
mắt hay bỏng da. Các sản phẩm laser cho đồ dân dụng như máy chơi CD và bút laser dùng
trong lớp học được xếp hạng an toàn từ I, II, hay III. (Xem thêm an toàn laser)
Ứng dụng của laser
Laser ứng dụng trong điều trị bệnh da li ễ u .
Vào thời điểm được phát minh năm 1960, laser được gọi là "giải pháp để tìm kiếm các ứng
dụng". Từ đó, chúng trở nên phổ biến, tìm thấy hàng ngàn tiện ích trong các ứng dụng khác
nhau trên mọi lĩnh vực của xã hội hiện đại, như phẫu thuật mắt, hướng dẫn phương tiện
trong tàu không gian, trong các phản ứng hợp nhất hạt nhân... Laser được cho là một trong
những phát minh ảnh hưởng nhất trong thế kỉ 20.
Ích lợi của laser đối với các ứng dụng trong khoa học, công nghiệp, kinh doanh nằm ở tính
đồng pha, đồng màu cao, khả năng đạt được cường độ sáng cực kì cao, hay sự hợp nhất
của các yếu tố trên. Ví dụ, sự đồng pha của tia laser cho phép nó hội tụ tại một điểm có
kích thước nhỏ nhất cho phép bởi giới hạn nhiễu xạ, chỉ rộng vài nanômét đối với laser
dùng ánh sáng. Tính chất này cho phép laser có thể lưu trữ vài gigabyte thông tin trên các
rãnh của DVD. Cũng là điều kiện cho phép laser với công suất nhỏ vẫn có thể tập trung
cường độ sáng cao và dùng để cắt, đốt và có thể làm bốc hơi vật liệu trong kỹ thuật cắt
bằng laser. Ví dụ, một laser Nd:YAG, sau quá trình nhân đôi tần số, phóng ra tia sáng xanh
tại bước sóng 523 nm với công suất 10 W có khả năng, trên lý thuyết, đạt đến cường độ
sáng hàng triệu W trên một cm vuông. Trong thực tế, thì sự tập trung hoàn toàn của tia

laser trong giới hạn nhiễu xạ là rất khó. Xem thêm ứng dụng của laser để thêm chi tiết.
Tia sáng laser với cường độ cao có thể cắt thép và các kim loại khác. Tia từ laser thường có
độ phân kì rất nhỏ, (độ chuẩn trực cao). Độ chuẩn trực tuyệt đối là không thể tạo ra, bởi
giới hạn nhiễu xạ. Tuy nhiên, tia laser có độ phân kỳ nhỏ hơn so với các nguồn sáng. Một
tia laser được tạo từ laser He-Ne, nếu chiếu từ Trái Đất lên Mặt Trăng, sẽ tạo nên một hình
tròn đường kính khoảng 1 dặm (1,6 kilômét). Một vài laser, đặc biệt là với laser bán dẫn,
có với kích thước nhỏ dẫn đến hiệu ứng nhiễu xạ mạnh với độ phân kỳ cao. Tuy nhiên, các
tia phân kỳ đó có thể chuyển đổi về tia chuẩn trục bằng các thấu kính hội tụ. Trái lại, ánh
sáng không phải từ laser không thể làm cho chuẩn trực bằng các thiết bị quang học dễ
dàng, vì chiều dài đồng pha ngắn hơn rất nhiều tia laser. Định luật nhiễu xạ không áp dụng
khi laser được truyền trong các thiết bị dẫn sóng như sợi thủy tinh. Laser cường độ cao
cũng tạo nên các hiệu ứng thú vị trong quang học phi tuyến tính.
Các sai lầm
Sự hiện diện của laser trong trong các tác phẩm khoa học viễn tưởng, hay phim hành động,
cũng như lời bình phẩm nói chung dẫn đến các suy nghĩ sai lầm. Ví dụ, trái với những gì
xuất hiện trên phim như Star Wars, tia laser không bao giờ nhìn thấy trong chân không, do
chân không không có tán xạ ánh sáng. Trong không khí, tia laser có thể va chạm với bụi
hay vật cản trên đường và bị tán xạ, tạo ra các tia lóe sáng; tương tự như ánh nắng mặt trời
tỏa sáng trong môi trường bụi. Kĩ xảo này ứng dụng cho tia laser có thể nhìn thấy, như
trong mục đích chụp ảnh, bằng cách tăng số lượng các hạt trong không khí, như là dùng
bình xịt thơm.
Tia laser với cường độ cao có thể nhìn thấy trong không khí nhờ vào tán xạ Rayleigh hay
tán xạ Raman. Với các tia có cường độ cao hơn, tập trung tại một điểm nhỏ, không khí có
thể bị nung lên đến trạng thái plasma, do đó laser có thể được thấy nhờ bức xạ từ plasma
này. Tuy nhiên sự tăng áp suất đột ngột khi không khí bị nóng nhanh có thể tạo ra tiếng nổ
lớn, và tạo ra sự phản hồi của tia laser làm hư thiết bị (tùy vào thiết kế của laser).
Trong phim khoa học viễn tưởng, các hiệu ứng đặc biệt thường miêu tả các vũ khí laser
truyền đi vài mét trong một giây, trái với thực tế là tia laser di chuyển với vận tốc ánh sáng,
nhanh đến mức không thể thấy sự di chuyển của tia laser.
Một vài cảnh phim miêu tả hệ thống an toàn sử dụng laser đỏ, có thể được vô hiệu hóa bởi

các nhân vật bằng việc là sử dụng gương, khi người này nhìn thấy tia laser bằng cách rải
các bụi trắng vào không khí. Thực tế thì hệ thống an toàn có thể dùng tia laser hồng ngoại
hơn là tia laser thấy được.
Cấu trúc hệ thống laser
Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm ki ế m
Cấu trúc hệ thống laser phần lớn gồm 3 phần:
• Nguồn năng lượng (thường gọi l nguà ồn bơm);
• Môi trường kích thích, hay môi trường laser;
• Gương hay hệ thống gương, tạo nên hệ thống khuyếch đại quang
học
Nguồn bơm là phần cung cấp năng lượng cho hệ thống laser. Ví dụ bao gồm cực phóng
điện, đèn nháy, đèn hồ quang, ánh sáng từ laser khác. Việc lựa chọn loại nguồn bơm nào
để sử dụng dựa chủ yếu vào môi trường kích thích là loại gì, và điều này là yếu tố chủ chốt
quyết định làm sao mà năng lượng truyền vào trong môi trường. Laser He-Ne dùng cực
phóng điện trong hỗn hợp khí Hêli Neon. Laser Nd:YAG dùng ánh sáng hội tụ từ đèn nháy
Xenon. Laser từ đôi nguyên tử có Heli dùng phản ứng hóa học để nạp năng lượng.
Môi trường kích thích là yếu tố chính quyết định bước sóng, và các tính chất khác của tia
laser. Có hàng trăm môi trường kích thích có thể làm được. Môi trường kích thích bị kích
thích bằng nguồn bơm tạo ra sự kích thích đồng đều giữa các electron, cần thiết cho sự
phát xạ kích thích các hạt photon, dẫn đến hiện tượng khuyếch đại ánh sáng. Ví dụ về các
loại laser:
• Dạng lỏng, như laser sử dụng chất nhuộm. Sử dụng các dung môi
như metan, etan,, thêm v o chà ất nhuộm hữu cơ chiết xuất từ thực
vật(coumarin, rhomadine và florescen) Cấu trúc của chất nhuộm
quyết định bước sóng hoạt động của laser
• Dạng khí, dùng argon, CO2, kryton, v hà ổn hợp Heli-Neon. các loại
n y sà ử dụng nguồn bơm l à ắc quy.
• Dạng rắn, như tinh thể v gà ương. Chất rắn chủ đạo pha thêm các
tạp chất như crôm, neodymium hay titan. Chất rắn chính thường l à

YAG(Ytri, nhôm và Garnet)YLF(Ytri, Liti, flo), sapphia(oxit nhôm),
gương silica). Ví dụ : Nd:YAG, Ti:sapphia, Cr:sapphia(gọi l hông à
ngọc), Cr:LiSAF, Er:YLF v Nd: glass. Sà ử dụng đèn nhát hay ánh
sáng từ laser khác l m nguà ồn kích thích.
• Laser bán dẫn, trong đó sự chuyển động của hạt electron giữa vật
chất với tầng điện tích khác nhau tạo ra hiệu ứng laser. Laser bán
dẫn thường l gà ọn nhẹ, l m các thià ết bị dùng cho đĩa hát. Xem thêm
laser diod.
Các máy khuyếch tán ánh sáng, có 2 gương song song đặt xung quang gương. Ánh sáng từ
trong môi trường, tạo ra từ sự kích thích, phản xạ bởi gương trở lại trong môi trường, vì thế
các photon này tích tụ càng nhiều đến khi hàng trăm lần trước khi thoát ra ngoài. Trong các
laser phức tạp, có từ 4 trở lên gương được tạo nên. Thiết kế và sắp xếp của gương là quyết
định bước sóng và các ảnh hưởng khác đến hệ thống laser
Danh sách các loại laser
Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm ki ế m
Sau đây là danh sách các loại laser, bước sóng và ứng dụng:
Laser khí
Môi
trường
kích thích
v loà ại
B ướ c sóng
Nguồn kích
thích
Ứng dụng v ghi chà ú
Laser khí
He-Ne
632.8 nm (543.5
nm, 593.9 nm,

611.8 nm, 1.1523
mμ , 1.52 m, μ
3.3913 m)μ
Cực phóng
điện
Giao thoa k ế , holograph,
quang ph ổ h ọ c , đọc mã
v ạ ch , cân chỉnh, miêu tả
quang học.
Laser khí
ion Argon
488.0 nm, 514.5
nm, (351 nm,
465.8 nm, 472.7
nm, 528.7 nm)
Cực phóng
điện
Chữa trị võng m ạ c bằng
ánh sáng (cho người b ệ nh
ti ể u đườ ng ), in th ạ ch b ả n ,
l nguà ồn kích thích các
laser khác.
Laser khí
Ion Kryton
416 nm, 530.9
nm, 568.2 nm,
647.1 nm, 676.4
nm, 752.5 nm,
799.3 nm
Cực phóng

điện
Nghiên cứu khoa học,
trình diễn ánh sáng.
Laser khí
ion Xenon
Nhiều vạch từ
c ự c tím đến
h ồ ng ngo ạ i .
Cực phóng
điện
Nghiên cứu khoa học.
Laser khí
Nit ơ
337.1 nm
Cực phóng
điện
L nguà ồn kích thích cho
laser m u, à đo độ ô nhiễm,
nghiên cứu khoa học,
Laser nitơ có khả năng
hoạt động ở cường độ
yếu.
Laser H-F
2.7 đến 2.9 m μ
(H-F) 3.6 đến 4.2
m (μ D-F)
Phản ứng cháy
ethylene v à N F
3
Dùng cho nghiên cứu vũ

khí laser, dùng sóng phát
ra liên tục v có tính côngà
phá lớn.
Laser
(cuộn) hóa
học Ôxy-I ố t
1.315 mμ
Phản ứng hóa
học trong giữa
Ô-xy v à I- ố t ,
V ũ khí laser , nghiên cứu
vật liệu v khoa hà ọc.
Laser thán
khí th ể khí
10.6 m, (9.4μ m)μ
Phóng điện
ngang (công
suất cao) hay
dọc (công suất
thấp)
Gia công vật liệu (c ắ t ,
h nà ), ph ẫ u thu ậ t .
Laser khí
CO
2.6 đến 4 m, 4.8μ
đến 8.3 μm
Cực phóng
điện
Gia công vật liệu (ch ạ m
kh ắ c , h nà ), ph ổ h ọ c

quang-âm.
Excimer
laser
193 nm (ArF),
248 nm (KrF),
308 nm (XeCl),
353 nm (XeF)
Excimer tái
hợp nhờ phóng
điện
Quang th ạ ch b ả n c ự c tím
cho chế tạo link kiện bán
d ẫ n , ph ẫ u thu ậ t laser,
LASIK.
B i n y còn à à s ơ khai trong lĩnh vực V ậ t lý .
Chúng ta đang có những nỗ lực để ho n thià ện b ià n y.à
Nếu bạn biết về vấn đề n y, bà ạn có thể giúp đỡ bằng cách vi ế t b ổ sung (tr ợ
giúp).
Lấy từ “ />%E1%BA%A1i_laser”
Th ể lo ạ i : S ơ th ả o v ậ t lý | Laser | Danh sách
Silic
Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm ki ế m
Silic là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Si và số
nguyên tử bằng 14.
Nó là nguyên tố phổ biến sau ôxy trong vỏ Trái Đất (25,7 %), cứng, có màu xám sẫm - ánh
xanh kim loại, là á kim có hóa trị +4.
14
nhôm ← silic → ph ố tpho
C

B ả ng đầ y đủ
Tổng quát
Tên, Ký hi ệ u , S ố
silic, Si, 14
Phân lo ạ i
á kim
Nhóm, Chu k ỳ , Kh ố i
14, 3, p
Kh ố i l ượ ng riêng , Độ c ứ ng
2330 kg/m , 6,5³
B ề ngo ià m u xám sà ẫm ánh xanh
Tính chất nguyên tử
Kh ố i l ượ ng nguyên t ử 28,0855 đ .v.
Bán kính nguyên t ử (calc.)
110 (111) pm
Bán kí nh c ộ ng hoá tr ị
111 pm
Bán kính van der Waals 200 pm
C ấ u hình electron
[Ne]3s
2
3p
2
e
-
trên m ứ c n ă ng l ượ ng
2, 8, 4
Tr ạ ng thái ôxi hóa (Ôxít) 4 (lưỡng tính)
C ấ u trúc tinh th ể Lập phương
Tính chất vật lý

Tr ạ ng thái v ậ t ch ấ t rắn
Đ i ể m nóng ch ả y
1.687 K (2.577 F° )
Đ i ể m sôi
3.173 K (5.252 F)°
Tr ạ ng thái tr ậ t t ự t ừ không từ tính
Th ể tích phân t ử
12,06 ×10
-6
m /mol³
Nhi ệ t bay h ơ i
384,22 kJ/mol
Nhi ệ t nóng ch ả y
50,55 kJ/mol
Áp su ấ t h ơ i 4,77 Pa tại 1.683 K
V ậ n t ố c âm thanh ? m/s tại ? K
Thông tin khác
Độ âm đ i ệ n
1,9 (thang Pauling)
Nhi ệ t dung riêng
700 J/(kg·K)
Độ d ẫ n đ i ệ n ? /Ω·m
Độ d ẫ n nhi ệ t
148 W/(m·K)
N ă ng l ượ ng ion hóa
1. 786,5 kJ/mol
2. 1.577,1 kJ/mol
3. 3.231,6 kJ/mol
4. 4.355,5 kJ/mol
5. 16.091 kJ/mol

6. 19.805 kJ/mol
7. 23.780 kJ/mol
8. 29.287 kJ/mol
9. 33.878 kJ/mol
10.38.726 kJ/mol
11.45.962 kJ/mol
12.50.502 kJ/mol
13.235.196 kJ/mol
14.257.923 kJ/mol
Chất đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị silic
iso TN t
½
DM DE M eV DP
28
Si 92,23%
Ổ n đị nh có 14 neutron
29
Si 4,67%
Ổn định có 15 neutron
30
Si 3,1%
Ổn định có 16 neutron
32
Si
t ổ ng h ợ p 132 n ă m β
−

0,221
32

P
Đơn vị SI v à STP được dùng trừ khi có ghi chú.
Thuộc tính
Trong dạng tinh thể, silic có màu xám sẫm ánh kim. Mặc dù là một nguyên tố tương đối
trơ, silic vẫn có phản ứng với các halogen và các chất kiềm loãng, nhưng phần lớn axít (trừ
tổ hợp axít nitric và axít flohiđríc) không tác dụng với nó. Silic nguyên tố truyền khoảng
hơn 95% các bước sóng hồng ngoại. Tinh thể silic nguyên chất hiếm tìm thấy trong tự
nhiên, thông thường nó nằm trong dạng silic dioxit (SiO
2
). Các tinh thể silic nguyên chất
tìm thấy trong tạp chất của vàng hay dung nham núi lửa. Nó có hệ số kháng nhiệt âm.
Silic hoạt động hóa học kém hơn cacbon là nguyên tố tương tự nó về mặt hóa học. Nó có
trong đất sét, fenspat, granit, thạch anh và cát, chủ yếu trong dạng điôxít silic (hay silica)
và các silicat (Các hợp chất chứa silic, ôxy và kim loại trong dạng R-SiO
3
).
Lịch sử
Silic (tên Latinh: silex, silicis có nghĩa là đá lửa) lần đầu tiên được nhận ra bởi Antoine
Lavoisier năm 1787, và sau đó đã bị Humphry Davy vào năm 1800 cho là hợp chất. Năm
1811 Gay Lussac và Thénard có lẽ đã điều chế ra silic vô định hình không nguyên chất khi
nung nóng kali với tetraflorua silic SiF
4
. Năm 1824 Berzelius điều chế silic vô định hình sử
dụng phương pháp giống như của Lussac. Berzelius cũng đã làm tinh khiết sản phẩm bằng
cách rửa nó nhiều lần.
Vì silic là nguyên tố quan trọng trong các thiết bị bán dẫn và công nghệ cao, nên khu vực
công nghệ cao ở California được đặt tên là Silicon Valley (Thung lũng Silicon), tức đặt tên
theo nguyên tố này.
Ứng dụng
Silic là nguyên tố rất có ích, là cực kỳ cần thiết trong nhiều ngành công nghiệp. Điôxít silic

trong dạng cát và đất sét là thành phần quan trọng trong chế tạo bê tông và gạch cũng như
trong sản xuất xi măng Portland. Silic là nguyên tố rất quan trọng cho thực vật và động vật.
Silica dạng nhị nguyên tử phân lập từ nước để tạo ra lớp vỏ bảo vệ tế bào. Các ứng dụng
khác có:
• G ố m /men s ứ - L và ật liệu chịu lửa sử dụng trong sản xuất các vật
liệu chịu lửa v các silicat cà ủa nó được sử dụng trong sản xuất men
sứ v à đồ gốm.
• Thép - Silic l th nh phà à ần quan trọng trong một số loại thép.
• Đồ ng thau - Phần lớn đồng thau được sản xuất có chứa hợp kim của
đồ ng với silic.
• Th ủ y tinh - Silica từ cát l th nh phà à ần cơ bản của thủy tinh. Thủy
tinh có thể sản xuất th nh nhià ều chủng loại đồ vật với những thuộc
tính lý học khác nhau. Silica được sử dụng như vật liệu cơ bản trong
sản xuất kính cửa sổ, đồ chứa (chai lọ), v sà ứ cách điện cũng như
nhiều đồ vật có ích khác.
• Gi ấ y nhám - Cacbua silic l mà ột trong những vật liệu m i mòn quan à
trọng nhất.
• Vật liệu bán d ẫ n - Silic siêu tinh khiết có thể trộn thêm asen, bo, gali
hay ph ố tpho sđể l m silic dà ẫn điện tốt hơn trong các transistor, pin
m ặ t tr ờ i hay các thiết bị bán dẫn khác được sử dụng trong công
nghiệp điện tử v các à ứng dụng kỹ thuật cao (hi-tech) khác.
• Trong các photonic - Silic được sử dụng trong các laser để sản xuất
ánh sáng đơn sắc có bước sóng 456 nm.
• Vật liệu y tế - Silicon l hà ợp chất dẻo chứa các liên kết silic-ôxy v à
silic-cacbon; chúng được sử dụng trong các ứng dụng như nâng ngực
nhân tạo và lăng kính tiếp giáp (kính úp tròng).
• LCD v pin mà ặt trời - Silic ngậm nước vô định hình có hứa hẹn
trong các ứng dụng như điện tử chẳng hạn chế tạo m n hình tinh à
thể lỏng (LCD) với giá th nhà thấp v m n rà à ộng. Nó cũng được sử
dụng để chế tạo pin mặt trời.

• Xây dựng - Silica l th nh phà à ần quan trọng nhất trong gạch vì tính
hoạt hóa thấp của nó.
Sự phổ biến
Silic là thành phần cơ bản của các loại aerolit là một loại của các thiên thạch và của các
tektit là dạng tự nhiên của thủy tinh.
Theo khối lượng, silic chiếm 29,5% vỏ Trái Đất, là nguyên tố phổ biến thứ hai sau ôxy.
Silic nguyên tố không tìm thấy trong tự nhiên. Nó thường xuất hiện trong các ôxít và
silicat. Cát, amêtít, mã não (agate), thạch anh, đá tinh thể, đá lửa, jatpe, và opan là những
dạng tự nhiên của silic dưới dạng ôxít. Granit, amiăng, fenspat, đất sét, hoócblen, mica là
những dạng khoáng chất silicat.
Sản xuất
Silic được sản xuất công nghiệp bằng cách nung nóng silica siêu sạch trong lò luyện bằng
hồ quang với các điện cực cacbon. Ở nhiệt độ trên 1900 °C, cacbon khử silica thành silic
theo phản ứng
SiO
2
+ C → Si + CO
2

Silic lỏng được thu hồi ở đáy lò, sau đó nó được tháo ra và làm nguội. Silic sản xuất theo
công nghệ này gọi là silic loại luyện kim và nó ít nhất đạt 99% tinh khiết. Năm 2000, silic
loại này có giá khoảng $ 0,56 trên một pao ($1,23/kg). [1].
Làm tinh khiết
Việc sử dụng silic trong các thiết bị bán dẫn đòi hỏi phải có độ tinh khiết cao hơn so với
sản xuất bằng phương pháp trên. Có một số phương pháp làm tinh khiết silic được sử dụng
để sản xuất silic có độ tinh khiết cao.
Phương pháp vật lý
Các kỹ thuật làm tinh khiết silic đầu tiên dựa trên cơ sở thực tế là nếu silic nóng chảy và
sau đó đông đặc lại thì những phần cuối khi đông đặc bao giờ cũng chứa nhiều tạp chất.
Các phương pháp sớm nhất để làm tinh khiết silic, lần đầu tiên được miêu tả năm 1919 và

sử dụng trong một số hữu hạn nền tảng để sản xuất các thành phần của rađa trong Đại
chiến thế giới lần thứ hai, bao gồm việc đập vỡ silic phẩm chất công nghiệp và hòa tan
từng phần bột silic trong axít. Khi bị đập vỡ, silic bị làm vỡ để những khu vực có nhiều tạp
chất yếu hơn sẽ nằm ra phía ngoài của các hạt silic được tạo ra, chúng sẽ bị axít hòa tan, để
lại sản phẩm tinh khiết hơn.
Trong khu vực nung chảy, phương pháp đầu tiên làm tinh khiết silic được sử dụng rộng rãi
trong công nghiệp, các thỏi silic phẩm cấp công nghiệp được nung nóng tại một đầu. Sau
đó, nguồn nhiệt chuyển động rất chậm dọc theo chiều dài của thỏi, giữ cho chỉ một đoạn
ngắn của thỏi nóng chảy và silic được làm nguội và tái đông đặc ở phía sau nó. Vì phần lớn
các tạp chất có xu hướng nằm trong phần nóng chảy hơn là trong phần tái đông đặc, nên
khi quá trình này kết thúc, phần lớn tạp chất của thỏi sẽ chuyển về đầu nóng chảy sau cùng.
Đầu này sau đó bị cắt bỏ, và quy trình này được lặp lại nếu muốn có silic với phẩm cấp cao
hơn.
Phương pháp hóa học
Ngày nay, silic được làm sạch bằng cách chuyển nó thành các hợp chất silic để dễ dàng
làm tinh khiết hơn là làm tinh khiết trực tiếp silic, và sau đó chuyển hợp chất của nó trở lại
thành silic nguyên chất. Triclorosilan là hợp chất của silic được sử dụng rộng rãi nhất như
chất trung gian, mặc dầu tetraclorua silic và silan cũng được sử dụng. Khi các khí này được
thổi qua silic ở nhiệt độ cao, chúng phân hủy để tạo ra silic có độ tinh khiết cao.
Trong công nghệ Siemens, các thỏi silic có độ tinh khiết cao được đưa vào triclorosilan ở
nhiệt độ 1150 °C. Khí triclorosilan phân hủy và lắng đọng silic bổ sung trên thỏi, làm to nó
theo phản ứng sau:
2HSiCl
3
→ Si + 2HCl + SiCl
4

Silic sản xuất từ phương pháp này và các công nghệ tương tự gọi là silic đa tinh thể. Silic
đa tinh thể thông thường có tạp chất ở mức 1 phần tỷ hoặc thấp hơn.
Cùng thời gian đó, DuPont đã sản xuất silic siêu sạch bằng cách cho tetrachorua silic phản

ứng với hơi kẽm nguyên chất ở nhiệt độ 950 °C, theo phản ứng:
SiCl
4
+ 2Zn → Si + 2ZnCl
2

Tuy nhiên, kỹ thuật này đã vấp phải những vấn đề thực tế (chẳng hạn như sản phẩm phụ
clorua kẽm đông đặc lại và dính vào sản phẩm) và cuối cùng nó đã bị bỏ đi để sử dụng chỉ
mỗi công nghệ Siemens.
Tinh thể hóa
Công nghệ Czochralski thông thường được sử dụng để sản xuất các tinh thể silic đơn có độ
tinh khiết cao để sử dụng trong các thiết bị bán dẫn bằng silic ở trạng thái rắn.
Đồng vị
Silic có chín đồng vị, với số Z từ 25 đến 33. Si
28
(đồng vị phổ biến nhất, 92,23%), Si
29

(4,67%) và Si
30
(3,1%) là ổn định; Si
32
là đồng vị phóng xạ sản xuất bằng phân rã agon.
Chu kỳ bán rã của nó, được xác định là khoảng 276 năm, và nó phân rã bằng bức xạ beta
thành P
32
(có chu kỳ bán rã 14,28 năm) và sau đó thành S
32
.
Cảnh báo

Các bệnh nghiêm trọng về phổi được biết đến như bệnh nhiễm sil ic (silicosis) thường gặp
ở những người thợ mỏ, cắt đá và những người phải làm việc trong môi trường nhiều bụi
silic.
Gecmani
Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm ki ế m
32
gali ← gecmani → asen
Si
B ả ng đầ y đủ
Tổng quát
Tên, Ký hi ệ u , S ố
gecmani, Ge, 32
Phân lo ạ i
á kim
Nhóm, Chu k ỳ , Kh ố i
14, 4, p
Kh ố i l ượ ng riêng , Độ c ứ ng
5.323 kg/m , 6,0³
B ề ngo ià trắng ánh xám
Tính chất nguyên tử
Kh ố i l ượ ng nguyên t ử 72,64(1) đ .v.
Bán kính nguyên t ử (calc.)
125 (125) pm
Bán kính c ộ ng hoá tr ị
122 pm
Bán kính van der Waals
pm
C ấ u hình electron
[Ar]3d

10
4s
2
4p
2
e
-
trên m ứ c n ă ng l ượ ng
2, 8, 18, 4
Tr ạ ng thái ôxi hóa (Ôxít) 4 (lưỡng tính)
C ấ u trúc tinh th ể lập phương tâm mặt
Tính chất vật lý
Tr ạ ng thái v ậ t ch ấ t rắn
Đ i ể m nóng ch ả y
1.211,4 K (1.720,85 F° )
Đ i ể m sôi
3.106 K (5.131 F)°
Tr ạ ng thái tr ậ t t ự t ừ nghịch từ
Th ể tích phân t ử
13,63 ×10
-6
m /mol³
Nhi ệ t bay h ơ i
334 kJ/mol
Nhi ệ t nóng ch ả y
36,94 kJ/mol
Áp su ấ t h ơ i 10 Pa tại 1.814 K
V ậ n t ố c âm thanh 5.400 m/s tại 293,15 K
Thông tin khác
Độ âm đ i ệ n

2,01 (thang Pauling)
Nhi ệ t dung riêng
319,68 J/(kg·K)
Độ d ẫ n đ i ệ n 0,6x10
0
/Ω·m
Độ d ẫ n nhi ệ t
60,2 W/(m·K)
N ă ng l ượ ng ion hóa
1. 762,0 kJ/mol
2. 1.537,5 kJ/mol
3. 3.302,1 kJ/mol
Chất đồng vị ổn định nhất
iso TN t
½
DM DE M eV DP
Ge
68
t ổ ng h ợ p
270,8 ng yà
ε
- Ga
68
Ge
70
21,23%
Ổn định có 38 n ơ tron
Ge
71
tổng hợp

11,26 ng yà
ε
- Ga
71
Ge
72
27,66%
Ổn định có 40 nơtron
Ge
73
7,73%
Ổn định có 41 nơtron
Ge
74
35,94%
Ổn định có 42 nơtron
Ge
76
7,44%
1,78×10
21
năm β
-
β
-

- Se
76
Đơn vị SI v à STP được dùng trừ khi có ghi chú.
Gecmani là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu Ge và số nguyên tử

32. Nó là một á kim màu trắng bạc, cứng, bóng, về mặt hóa học là tương tự như thiếc.
Gecmani tạo ra một lượng lớn các hợp chất hữu cơ kim loại và là vật liệu bán dẫn quan
trọng được sử dụng để sản xuất transistor. Nó được đặt tên theo tên gọi của Đức trong
tiếng La tinh là Germania.
Các đặc trưng
Gecmani là một nguyên tố màu trắng ánh xám, cứng có nước bóng kim loại và cấu trúc
tinh thể tương tự như kim cương. Ngoài ra, một điều quan trọng cần lưu ý là gecmani là
chất bán dẫn, với các tính chất điện nằm giữa các kim loại và các chất cách điện. Ở trạng
thái nguyên chất, á kim này là chất kết tinh, giòn và duy trì độ bóng trong không khí ở
nhiệt độ phòng. Các kỹ thuật tinh chế khu vực đã dẫn tới việc sản xuất gecmani kết tinh
cho ngành công nghiệp bán dẫn với hàm lượng tạp chất chỉ ở cấp độ 10
-10
. Cùng với gali,
bitmut, antimoan và nước, nó là một trong các chất giãn nở ra khi đóng băng. Dạng ôxít,
điôxít gecmani, cũng có tính chất bất thường như có chiết suất cao đối với ánh sáng nhìn
thấy, nhưng lại là trong suốt với ánh sáng hồng ngoại.
Lịch sử
Năm 1871, gecmani (tiếng La tinh germania để chỉ Đức) là một trong các nguyên tố mà
Dmitri Ivanovich Mendeleev dự báo là tồn tại như là nguyên tố tương tự nhưng còn thiếu
của nhóm silic (Mendeleev gọi nó là "eka-silicon"). Sự tồn tại của nguyên tố này được
Clemens Winkler chứng minh năm 1886. Sự phát hiện này là sự khẳng định quan trọng
cho ý tưởng về tính tuần hoàn nguyên tố của Mendeleev.
Tính chất
Ekasilicon Gecmani
Nguyên tử lượng
72 72,59
Tỷ trọng (g/cm³)
5,5 5,35
Điểm sôi ( C° )
Cao 947

M uà Xám Xám
Sự phát triển của các transistor bằng gecmani đã mở ra vô vàn ứng dụng của điện tử học
trạng thái rắn. Từ năm 1950 cho tới đầu thập niên 1970, lĩnh vực này đã tạo ra một thị
trường ngày càng tăng cho gecmani, nhưng sau đó silic độ tinh khiết cao đã bắt đầu thay
thế gecmani trong các loại transistor, đi ốt và chỉnh lưu. Silic có các tính chất điện học tốt
hơn, nhưng đòi hỏi độ tinh khiết cao hơn—một độ tinh khiết mà con người không thể đạt
được ở quy mô thương mại trong giai đoạn đầu. Trong khi đó, nhu cầu về gecmani trong
các mạng liên lạc viễn thông bằng cáp quang, các hệ thống quan sát ban đêm bằng hồng
ngoại và các xúc tác polyme hóa đã gia tăng một cách mạnh mẽ. Các ứng dụng này chiếm
tới 85% nhu cầu tiêu thụ gecmani toàn thế giới vào năm 2000. Gecmani khác với silic ở
chỗ việc cung cấp silic bị hạn chế bởi năng lực sản xuất trong khi việc cung cấp gecmani bị
hạn chế bởi sự hạn chế các nguồn có thể khai thác.
Ứng dụng
Không giống như phần lớn các chất bán dẫn khác, gecmani có vùng cấm nhỏ, cho phép nó
phản ứng rất hiệu quả với ánh sáng hồng ngoại. Vì thế nó được sử dụng trong các kính
quang phổ hồng ngoại và các thiết bị quang học khác trong đó đòi hỏi các thiết bị phát hiện
cực kỳ nhạy với tia hồng ngoại. Chiết suất của ôxít gecmani và thuộc tính tán sắc của nó
làm cho gecmani là hữu ích trong các thấu kính camera góc rộng và trong kính vật của các
kính hiển vi.
Các transistor từ gecmani vẫn còn được sử dụng trong một số hộp dậm chân của các nhạc
công muốn tái tạo các đặc trưng âm khác biệt cho âm "fuzz" từ thời kỳ ban đầu của rock
and roll, đáng chú ý có Fuzz Face của Dallas Arbiter.
Gecmani là vật liệu quang học hồng ngoại có tầm quan trọng cao và có thể dễ dàng cắt,
đánh bóng thành các thấu kính hay cửa sổ. Cụ thể, nó được sử dụng như là thấu kính vật
trong các camera nhiệt làm việc trong khoảng bước sóng 8-14 micron chụp hình nhiệt thụ
động và cho hot-spot detection in military and fire fighting applications. Vật liệu này có
chiết suất rất cao (4,0) và vì thế cần được bọc lót chống phản xạ. Cụ thể, lớp bọc lót chống
phản xạ đặc biệt rất cứng như cacbon tựa kim cương (DLC) (chiết suất 2,0) là phù hợp tốt
nhất và sản sinh ra bề mặt cứng như kim cương có thể chống chịu được các tác động môi
trường khác nhau.

Hợp kim gecmanua silic (hay "silic-gecmani", SiGe) rất nhanh chóng trở thành vật liệu bán
dẫn quan trọng, dùng trong các mạch IC tốc độ cao. Các mạch IC dùng các tính chất của
kết nối Si-SiGe có thể nhanh hơn nhiều so với các mạch chỉ dùng silic.
Một chiếc bát l m tà ừ gecmani
Ứng dụng khác:
• Tác nhân trong sản xuất h ợ p kim
• Phosphor trong các đ èn hu ỳ nh quang
• Ch ấ t xúc tác
• Các thiết bị phát hiện dùng một tinh thể gecmani độ tinh khiết cao có
thể nhận dạng chính xác nguồn bức xạ (ví dụ trong an ninh h ng à
không)
• Các đĩ a bán d ẫ n với nền là gecmani cho các tế b o quang à điện hiệu
suất cao đa kết nối trong các ứng dụng cho t u và ũ trụ.
Một vài hợp chất của gecmani có độc tính thấp đối với động vật có vú, nhưng lại có độc
tính cao đối với một vài loại vi khuẩn nào đó. Tính chất này làm cho chúng trở thành có ích
như là các tác nhân chữa trị bằng hóa chất.
Các tinh thể gecmani độ tinh khiết cao được dùng trong các máy dò cho kính quang phổ
gamma.
Nghiên cứu của FDA đưa ra kết luận rằng gecmani, khi sử đụng như là chất bổ sung dinh
dưỡng, "thể hiện một số nguy hiểm tiềm tàng cho sức khỏe con người".
[1]
Trong những năm gần đây gecmani được gia tăng sử dụng trong các hợp kim của các kim
loại quý. Ví dụ, trong hợp kim bạc sterling, nó được thêm vào để giảm vết bẩn màu, tăng
chống xỉn màu, và làm tăng phản ứng của hợp kim đối với xơ cứng kết tủa.
Phổ biến
Nguyên tố này được tìm thấy trong argyrodit (sulfua của gecmani và bạc); than đá;
germanit; quặng kẽm; và một số khoáng vật khác. Xem thêm Khoáng vật gecmani
Ở quy mô thương mại, gecmani thu được từ quặng kẽm nhờ xử lý bụi quặng nóng chảy
cũng như từ các phụ phẩm sau cháy của một vài dạng than đá. Vì thế nguồn dự trữ lớn của
gecmani chính là các nguồn than đá.

Á kim này có thể tách ra từ các kim loại khác bằng cách chưng cất phân đoạn tetraclorua
dễ bay hơi của nó. Kỹ thuật này cho phép sản xuất gecmani cực kỳ tinh khiết.
Giá cả
Năm 1998 giá thành của gecmani vào khoảng 1,70$/gam. Tuy nhiên, giá thành này liên tục
giảm kể từ đó
[2][3][4][5][6]
:
1999.....$1.400/kilôgam ($1,40/gam)
2000.....$1.250/kilôgam ($1,25/gam)
2001.....$890/kilôgam ($0,89/gam)
2002.....$620/kilôgam ($0,62/gam)
2003.....$380/kilôgam ($0,38/gam)
2004.....$600/kilôgam ($0,60/gam)
2005.....$660/kilôgam ($0,66/gam)
2006.....$880/kilôgam ($0,88/gam)
Hợp chất
Một số hợp chất vô cơ của gecmani như gecman (tetrahiđrua gecmani (GeH
4
), tetraclorua
gecmani (GeCl
4
), và điôxít gecmani (gecmania) (GeO
2
). Một số hợp chất hữu cơ của
gecmani như tetrametylgecman hay tetrametyl gecmani, (Ge(CH
3
)
4
), và tetraetylgecman
hay tetraetyl gecmani, (Ge(C

2
H
5
)
4
). Hợp chất hữu cơ mới của gecmani gần đây
(isobutylgecman ((CH
3
)
2
CHCH
2
GeH
3
), đã được thông báo là chất lỏng ít nguy hại hơn để
thay thế cho khí gecman độc hại trong các ứng dụng bán dẫn.
Xem thêm
• H ợ p ch ấ t gecmani
• Gecman
• Gecmanua
Tính chất
Gecmani nguyên chất được biết đến với việc sinh ra một cách tự phát các biến vị xoắn rất
dài, còn gọi là râu gecmani. Sự phát triển của các râu này là một trong các nguyên nhân
chính trong các hỏnh hóc của các điốt và transistor cũ sản xuất từ gecmani, do phụ thuộc
vào việc chúng kết thúc chạm vào đâu mà điều đó có thể dẫn tới đoản mạch.
Tham khảo
Phản vật chất
Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm ki ế m
Phản vật chất

Tổng quan về phản vật
chất
Tiêu h ủ y v ậ t ch ấ t
Các thiết bị
• Máy gia t ố c h ạ t
• Penning trap
Ph ả n h ạ t
• Positron
• Ph ả n proton
• Ph ả n neutron
Ứng dụng
• PET
• Fuel
• V ũ khí ph ả n v ậ t
ch ấ t
Các cơ quan nghiên cứu
• ALPHA
Collaboration
• ATHENA
• ATRAP
• CERN
People
• Paul Dirac
• Carl Anderson
edit
Phản vật chất là khái niệm trong vật lý, được cấu tạo từ những phản hạt cơ bản như phản
hạt electron, phản hạt nơtron,... Theo lý thuyết, nếu phản vật chất gặp vật chất thì sẽ nổ
tung.
•
Lịch sử hình thành khái niệm

Giả thiết giả tưởng
Phản vật chất bắt đầu từ trí tưởng tượng của con người ở những năm 1930. Những người
hâm mộ của bộ phim khoa học giả tưởng nổi tiếng Star Trek ("Đường đến các vì sao"), đã
biết đến một loại phản vật chất được sử dụng giống như nhiên liệu với năng lượng cao để
đẩy những chiếc tàu k hông gian đi nhanh hơn cả vận tốc ánh sáng. Loại phi thuyền không
gian này dường như không thể thiết kế được, nhưng các nhà lý thuyết đã có khả năng biến
dạng nhiên liệu tưởng tượng ấy thành hiện thực. Ý tưởng trong truyện tiểu thuyết đã trở
thành hiện thực bằng việc khám phá ra sự tồn tại của phản vật chất, ở những thiên hà
khoảng cách xa và ở thời nguyên sinh của vũ trụ.
Giả thiết khoa học
Điều thú vị nhất đó là từ trong trí tưởng tượng, phản vật chất trở thành hiện thực, và mang
tính thuyết phục. Năm 1928, nhà vật lý người Anh Paul Dirac đã đặt ra một vấn đề: làm
sao để kết hợp các định luật trong thuyết lượng tử vào trong thuyết tương đối đặc biệt của
Albert Einstein. Thông qua các bước tính toán phức tạp, Dirac đã vạch định ra hướng để
tổng quát hóa hai thuyết hoàn toàn riêng rẽ này. Ông đã giải thích việc làm sao mọi vật
càng nhỏ thì vận tốc càng lớn; trong trường hợp đó, các electron có vận tốc gần bằng vận
tốc ánh sáng. Đó là một thành công đáng kể, nhưng Dirac không chỉ dừng lại ở đó, ông
nhận ra rằng các bước tính toán của ông vẫn hợp lệ nếu electron vừa có thể có điện tích
âm, vừa có thể có điện tích dương - đây là một kết quả ngoài tầm mong đợi.
Dirac biện luận rằng, kết quả khác thường này chỉ ra sự tồn tại của một "đối hạt", hay
"phản hạt" của electron, chúng hình thành nên một "cặp ma quỷ". Trên thực tế, ông quả
quyết rằng mọi hạt đều có "đối hạt" của nó, cùng với những tính chất tương đồng, duy chỉ
có sự đối lập về mặt điện tích. Và giống như proton, neutron và electron hình thành nên các
nguyên tử và vật chất, các phản proton, phản neutron, phản electron (còn được gọi là
positron) hình thành nên phản nguyên tử và phản vật chất. Nghiên cứu của ông dẫn đến
một suy đoán rằng có thể tồn tại một vũ trụ ảo tạo bởi các phản vật chất này.
Và dự đoán của ông đã được kiểm chứng trong thí nghiệm của Carl Anderson vào năm
1932, cả hai ông đều được giải Nobel cho thành tựu ấy.
Các nhà vật lý đã học được nhiều hơn về phản vật chất so với thời điểm của Anderson
khám phá ra nó. Một trong những hiểu biết mang tính kịch bản đó là vật chất và phản vật

chất kết hợp lại sẽ tạo ra một vụ nổ lớn. Giống như những cặp tình nhân gặp nhau trong
ngày sau cùng vậy, vật chất và phản vật chất ngay lập tức hút nhau do có điện tích ngược
nhau, và tự phá hủy nhau. Do sự tự huỷ tạo ra bức xạ, các nhà khoa học có thể sử dụng các
thiết bị để đo "tàn dư" của những vụ va chạm này. Chưa có một thí nghiệm nào có khả
năng dò ra được các phản thiên hà và sự trải rộng của phản vật chất trong vũ trụ như trong
tưởng tượng của Dirac. Các nhà khoa học vẫn gửi các tín hiệu thăm dò để quan sát xem có
tồn tại các phản thiên hà này hay không.
Nhưng câu hỏi vẫn làm bối rối các nhà vật lý cũng như những người có trí tưởng tượng
cao đó là: phải chăng vật chất và phản vật chất tự hủy khi chúng tiếp xúc nhau. Tất cả các
thuyết vật lý đều nói rằng khi vụ nổ lớn (Big Bang), đánh dấu sự hình thành ở 13,5 tỉ năm
trước, vật chất và phản vật chất có số lượng bằng nhau. Vật chất và phản vật chất kết hợp
lại, và tự hủy nhiều lần, cuối cùng chuyển sang năng lượng, được biết như dạng bức xạ
phông vũ trụ. Các định luật của tự nhiên đòi hỏi vật chất và phản vật chất phải được tạo
dưới dạng cặp. Nhưng một vài phần triệu giây sau vụ Nổ Lớn Big Bang, vật chất dường
như nhiều hơn so với phản vật chất một chút, do đó cứ mỗi tỉ phản hạt thì lại có một tỉ + 1
hạt vật chất. Trong giây đầu hình thành vũ trụ, tất cả các phản vật chất bị phá hủy, để lại
sau đó là dạng hạt vật chất. Hiện tại, các nhà vật lý vẫn chưa thể tạo ra được một cơ chế
chính xác để mô tả quá trình "bất đối xứng" hay khác nhau giữa vật chất và phản vật chất
để giải thích tại sao tất cả các vật chất lại đã không bị phá hủy.
Bằng chứng về phản vật chất
Cloud chamber photograph by C.D. Anderson of the first positron ever
identified. A 6 mm lead plate separates the upper half of the chamber from the
lower half. The positron must have come from below since the upper track is
bent more strongly in the magnetic field indicating a lower energy
Một số bằng chứng về sự tồn tại của phản vật chất đã được đưa ra. Quan trọng nhất là việc
quan sát các phi đạo của các hạt sơ cấp trong buồng bọt (bubble chamber).
Thí nghiệm được tiến hành bởi Carl Anderson vào năm 1932. Ông đã chụp hình được một
số cặp phi đạo bị biến mất ngay khi gặp nhau. Dữ liệu này đã làm tăng sự tin tưởng rằng có
tồn tại các hạt phản vật chất mà khi một hạt tương tác với chính phản hạt cùng loại sẽ triệt
tiêu nhau và sinh năng lượng.

Năm 1996, Phòng thí nghiệm Fermi, (Chicago, Mỹ) đã tạo ra 7 phản nguyên tử hydro
trong một máy gia tốc hạt. Có điều các hạt này tồn tại trong thời gian quá ngắn ngủi, lại
chuyển động với tốc độ sát gần ánh sáng, nên không thể lưu giữ để nghiên cứu.
Phản Hydro
Tháng 10 năm 2002, Phòng thí nghiệm vật lý hạt châu Âu (European Organization for
Nuclear Research-CERN) thông báo kết quả thí nghiệm ATRAP, tiếp nối thí nghiệm
ATHENA tháng 9, tạo ra phản nguyên tử Hydro từ phản proton và positron. Kết quả đo
mức năng lượng của các phản hạt trong phản nguyên tử hydro cho thấy, positron chuyển
động trên quỹ đạo khá xa tâm phản proton, dẫn đến hệ thống này tồn tại hết sức kém bền
vững. Để có được các phản nguyên tử (anti-atom) bền vững, toàn bộ thí nghiệm cần đặt
trong môi trường nhiệt độ sát điểm 0 tuyệt đối (-273 độ C), vì ở nhiệt độ cao, các phản
nguyên tử sẽ kết hợp với các nguyên tử của môi trường và biến mất ngay lập tức
Vì sao chúng ta có thể sống sót?