December 03 2016 15:39:14
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
верхпроводящее состояние проводника
Физические основы информации

При определенных внешних условиях макроскопическая система из большого числа тождественных микрочастиц может находиться в квантовом состоянии и обладать уникальными физическими свойствами. В 1911г. Х.Камерлинг-Оннес наблюдал полное исчезновение электрического сопротивления постоянному электрическому току при охлаждении некоторых металлов до температуры ниже некоторой критической  точки, характерной для данного металла. Это состояние проводника было названо сверхпроводящим. Переход в сверхпроводящее состояние является фазовым переходом второго рода и связан с перестройкой подсистемы электронов проводимости. Переход происходит скачком в узком интервале температур ΔТ ~ 10-4 - 10-3К, если материал является чистым от примесей и дефектов. Температура, при которой осуществляется переход в сверхпроводящее состояние, называется критической.

Один из первых переходов металла из нормального состояния в сверхпроводящее наблюдается для ртути при Тк = 4,15К. Созданный в сверхпроводящем контуре электрический ток может сохраняться постоянным в пределах погрешности измерения в течение 2,5лет, что дает верхнюю оценку для удельного сопротивления сверхпроводника ρ<10-26Ом·м. Отметим, что удельное сопротивление сверхчистой меди –10-9Ом·м при
Т = 4,2К.

В дальнейшем сверхпроводимость была обнаружена у целого ряда металлов, многих сплавов и полупроводников. Рекордной для этих веществ оказалась температура Тк = 23,2К для соединения германата ниобия (Nb3Ge). С точки зрения технических приложений такие температуры являются не очень удобными, поскольку для охлаждения требуется дорогой жидкий гелий. В 1986г. К.А. Мюллер и Дж.Т.Беднорц обнаружили в синтезированном ими купрате переход в сверхпроводящее состояние при Т ~ 35К и начались широкомасштабные исследования высокотемпературной сверхпроводимости. В настоящее время достигнута величина Тк = 150К для соединения Hg1 Ba2 Cu3 O8, что почти в два раза превышает температуру кипения жидкого азота (Т ≈ 77К).

Согласно теории БКШ (Бардина-Купера-Шриффера) носителями тока в сверхпроводнике являются пары связанных электронов с противоположно направленными пинами и квазиимпульсами. Такое связанное состояние электронов возникает благодаря их взаимодействию с кристаллической решеткой (электрон – фононное взаимодействие). Эти пары электронов, называемые куперовскими парами, имеют нулевой полный спин и подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна. Поэтому для них возможна бозе-конденсация, т.е. переход всех пар в основное состояние с наименьшей энергией. Основное состояние куперовских пар описывается одной волновой функцией, отделено от первого возбужденного состояния энергетической щелью, и может рассматриваться как сверхтекучая электронная жидкость (жидкость, текущая без вязкости).

При Т > 0 есть вероятность, пропорциональная е-2Δ/kТ, где Δ – энергия связи одной куперовской пары, того, что пара может быть разрушена на отдельные электроны, образующие обычный электронный газ с конечным сопротивлением. С повышением температуры доля электронов, образующих куперовские пары, падает и становится равной 0 при Т =Тк. Таким образом, в сверхпроводящем состоянии всегда имеется смесь нормальной и сверхпроводящей компонент электронной подсистемы.

Сверхпроводник является идеальным диамагнетиком, поскольку слабое внешнее магнитное поле

img760                                                                            (IV.14.1)

не может в него проникнуть, благодаря возбуждению незатухающих поверхностных токов, магнитное поле которых полностью компенсирует внешнее магнитное поле. Явление идеального диамагнетизма, где μ = 0 и В = 0, для сверхпроводника называется эффектом Мейснера. Если внешнее магнитное поле превышает критическую величину Нк(Т), происходит разрушение сверхпроводящего состояния, что соответствует фазовому переходу I рода с поглощением тепла. Такое поведение оказалось характерным для сверхпроводников I рода. В сверхпроводниках II рода, к которым относятся высокотемпературные сверхпроводники, для магнитного поля Нк1 < H < Hк2 наблюдается проникновение магнитного поля вглубь сверхпроводника. Проникновение связано сформированием квантовых вихревых нитей с сердцевиной из нормального проводника. Вокруг этой сердцевины течет незатухающий сверхпроводящий ток, направление магнитного поля которого совпадает с направлением внешнего магнитного поля. Поверхностный экранирующий ток частично компенсирует внешнее магнитное поле, причем его вклад уменьшается с ростом внешнего поля.

Квантованность вихря заключается в том, что он переносит квант магнитного потока

img761                                                                                                                          (IV.14.2)

где 2е – заряд куперовской пары.

Квантование магнитного потока является характерной особенностью магнитных явлений с участием сверхпроводников. Как показал Ф. Лондон, магнитный поток Ф, проходящий через поверхность, ограниченную сверхпроводящим кольцом, по которому течет сверхпроводящий ток, описывается формулой

Ф = nФ0,       n = 1,2,… .                                                                         (IV.14.3)

Эффект квантования магнитного потока был экспериментально обнаружен в 1961г. Б.Дивером и У. Фейербеком, а также независимо Р. Доллом и М. Набауэром.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.06 секунд 4,191,146 уникальных посетителей