Явление сверхпроводимости

У многих металлов и сплавов при температуре, близкой к 0К, наблюдается резкое уменьшение удельного сопротивления не до 0, но до очень малой величины. Измерить в настоящее время её невозможно, но оценочное значение составляет 10^-25 Ом·м, что в 10¹⁷ раз больше чем у меди.

Температура перехода в сверхпроводящее состояние называется температурой сверхпроводимости. Впервые сверхпроводящее состояние было получено у ртути Hg при Тсв=4,2К. Все сверхпроводники, имеющие Тсв<4,2К называются сверхпроводниками первого рода, а Тсв>4,2К – второго.

Большинство металлов, переходящих в сверхпроводящее состояние, являются сверхпроводниками первого рода, что для практического использования не пригодно.

Хорошие проводники при комнатной температуре - медь, алюминий, золото - никогда не переходят в состояние сверхпроводимости.

Среди сверхпроводников второго рода 13 элементов периодической системы: германий, теллур, селен, кремний под воздействием высокого давления, интерметаллические соединения и сплавы (около 2000 соединений). Среди сплавов наиболее высокой Тсв обладают соединения ниобия (Nb₃Ge – Тсв=24K). Наиболее распространёнными являются сверхпроводники керамического типа – хрупкие неметаллические материалы, которые промышленностью выпускаются в виде некой гибкой основы (ленты, проволоки) из хорошего проводника с покрытием из сверхпроводящей керамики.

Применяются в физике сильных магнитных полей, в синхрофазотронах, ускорителях частиц, МГД-генераторах, криотронной вычислительной технике.

Теория сверхпроводимости

Теория БШК (Бардин, Купер, Шиффер, США).

Предположим, что по объёму кристаллического тела движется электрон. При высоких температурах электрон совершает хаотичное движение, сопровождающееся частыми столкновениями с ионами кристаллической решётки. При низких температурах число столкновений существенно уменьшается, однако, взаимодействие электрона с кристаллической решёткой не механическое, а электромагнитное (кулоновское). Поэтому электрон, перемещаясь в решётке, вызывает фонон. Атомы за счёт притяжения ядра к электрону пусть очень незначительно, но смещаются от положения равновесия (рисунок 19).

Рисунок 19.

При низких температурах электроны перестают быть «индивидуалистами»: они объединяются в куперовские пары, двигаясь строго друг за другом. Между ними нет непосредственной связи, но есть косвенная. Первый электрон порождает фонон, возбуждая кристаллическую решётку, а второй, двигаясь вслед за первым, поглощают энергию этого фонона. Таким образом суммарное воздействие движения электронов на кристаллическую решётку равно нулю.

Дата добавления: 2014-01-05