Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Сверхпроводимость




 

Прежде чем на основе квантовой тео­рии приступить к качественному объяс­нению явления сверхпроводимости, рас­смотрим некоторые свойства сверх­проводников.

Различные опыты, поставленные с целью изучения свойств сверхпроводни­ков, приводят к выводу, что при пере­ходе металла в сверхпроводящее состоя­ние не изменяется структура его кристал­лической решетки, не изменяются его ме­ханические и оптические (в видимой и инфракрасной областях) свойства. Однако при таком переходе наряду со скачко­образным изменением электрических свойств качественно меняются его магнит­ные и тепловые свойства. Так, в от­сутствие магнитного поля переход в сверх­проводящее состояние сопровождается скачкообразным изменением теплоемкос­ти, а при переходе во внешнем магнит­ном поле скачком изменяются и тепло­проводность, и теплоемкость (такие явле­ния характерны для фазовых переходов II рода. Достаточно сильное магнитное поле (а следовательно, и силь­ный электрический ток, протекающий по сверхпроводнику) разрушает сверхпро­водящее состояние.

Как показал немецкий физик В. Мейсснер (1882—1974), в сверхпроводящем со­стоянии магнитное поле в толще сверх­проводника отсутствует. Это означает, что при охлаждении сверхпроводника ниже критической температуры маг­нитное поле из него вытесняется (эф­фект Мейсснера).

Общность эффектов, наблюдаемых в сверхпроводящем состоянии различных металлов, их соединений и сплавов, указывает на то, что явление сверхпро­водимости обусловлено физическими при­чинами, общими для различных веществ, т. е. должен существовать единый для всех сверхпроводников механизм этого явления.

Физическая природа сверхпроводимости была понята лишь в 1957 г. на основе теории Ландау (создана в 1941 г.) сверх­текучести гелия (см. § 237). Теория сверхпроводимости создана американски­ми физиками Д. Бардином (р. 1908), Л. Купером (р. 1930) и Д. Шриффером (р. 1931) и усовершенствована Н. Н. Бо­голюбовым.

Оказалось, что помимо внешнего сход­ства между сверхтекучестью (сверхтекучая жидкость протекает без трения, т. е. без сопротивления течению, по узким капил­лярам) и сверхпроводимостью (ток в сверхпроводнике течет без сопротивления по проводу) существует глубокая физи­ческая аналогия: и сверхтекучесть, и сверх­проводимость — это макроскопический квантовый эффект.

Качественно явление сверхпроводи­мости можно объяснить так. Между электронами металла помимо кулоновского отталкивания, в достаточной сте­пени ослабляемого экранирующим дей­ствием положительных ионов решетки, в результате электрон-фононного взаимо­действия (взаимодействия электронов с колебаниями решетки) возникает слабое взаимное притяжение. Это взаимное при­тяжение при определенных условиях мо­жет преобладать над отталкиванием. В результате электроны проводимости, при­тягиваясь, образуют своеобразное связан­ное состояние, называемое куперовской парой. “Размеры” пары много больше (примерно на четыре порядка) среднего межатомного расстояния, т. е. между электронами, “связанными” в пару, нахо­дится много “обычных” электронов.

Чтобы куперовскую пару разрушить (оторвать один из ее электронов), надо затратить некоторую энергию, которая пойдет на преодоление сил притяжения электронов пары. Такая энергия может быть в принципе получена в результате взаимодействия с фононами. Однако пары сопротивляются своему разрушению. Это объясняется тем, что существует не одна пара, а целый ансамбль взаимодействую­щих Друг с другом куперовских пар.

Электроны, входящие в куперовскую пару, имеют противоположно направлен­ные спины. Поэтому спин такой пары равен нулю и она представляет собой бозон. К бозонам принцип Паули не­применим, и число бозе-частиц, находя­щихся в одном состоянии, не ограничено. Поэтому при сверхнизких температурах бозоны скапливаются в основном со­стоянии, из которого их довольно трудно перевести в возбужденное. Система бозе-частиц — куперовских пар, обладая устой­чивостью относительно возможного от­рыва электрона, может под действием внешнего электрического поля двигаться без сопротивления проводнику, что и при­водит к сверхпроводимости.

 

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2013-12-13; Просмотров: 321; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.008 сек.