Надпровідники

Надпровідники як ви знаєте, при зменшенні температури питомий опір (ρ) металів зменшується. Особливий інтерес викликає питання про електропровідність металів при низьких (кріогенних) температурах, що наближаються до абсолютного нуля.

В 1911р. голландський учений Х. Каммерлінг – Оннес побачив, що при охолодженні до температури 4,2 К опір кільця замороженої ртуті раптом різким скачком падає до надзвичайно малого (практично не вимірюваного) значення. Явище зникнення електричного опору, тобто появи нескінченної провідності, було названо зверхпровідністю, а температура, при якій це явище відбувається – температурою зверхпровідникового переходу Тс.

Цікаво, що при підвищенні температури Т>Тс зверхпровідністю металу порушується, і він знову переходить у нормальний (не зверхпровідний) стан, набуваючи кінцевого значення провідності (γ). Такі матеріали (не лише чисті метали, а й сплави, і хімічні сполуки), які охолодженні до низьких температур переходять у зверхпровідниковий стан, називається зверхпровідниками.

У той же час деякі речовини, у тому числі й ті, що мають найкращі провідникові властивості (найменше значення ρ за нормальних умов), - такі як срібло і мідь, при низьких температурах (порядку тисячних долей Кельвіна; а відповідно до 3-го закону термодинаміки: абсолютний 0 температури є принципово недосяжним) перевести у зверхпровідний стан не вдалося.

Явище зверхпровідності пов’язане з тим, що електричний струм, одного разу наведений у зверхпровідному контурі, буде довго (роками) циркулювати по контуру без помітного зменшення своєї сили, без усякого підведення енергії із зовні (якщо не враховувати витрати енергії на роботу охолоджуючого пристрою, який повинен підтримувати температуру з зверхпровідникового контуру нижчого значення Тс, характерного для даного зверхпровідника). Такий зверхпровідний контур створює в навколишньому просторі магнітне поле, подібно до постійного магніту, який не потребує живлення від джерела струму. Проте спроби виготовити

Практично пригодний зверхпровідниковий електромагніт закінчувалося невдачею. Виявилося, що зверхпровідність зникає не тільки при підвищенні температури до значень, що перевищують Тс, а й при виникненні на поверхні зверхпровідника магнітного поля з магнітною індукцією, що перевищує індукцію переходу Вс (різниці немає, чи створюється індукція Вс струмом, що іде по зверхпровіднику, чи стороннім джерелом магнітного поля).

Мал.1 Діаграма стану м’якого надпровідника.

Як бачимо з рис. 1, найбільш можливе значення температури переходу Тсо даного зверхпровідника досягається при дуже малій магн. індукції (тобто для випадку зверхпровідникового електромагніту при досить малій силі струму, що йде через обмотку цього електромагніту).

Відповідно і найбільше значення Всо магн. індукції переходу відповідає малій (незначно відрізняємій від абсолютного 0) температурі зверхпровідника.

Заштрихована область PQO на рис. 1 відповідає зверхпровідному стану, а не заштрихована область за кривою PQ – нормальному стану матеріалу.

Якщо матеріал працює в умовах температури і магн. індукції, що відповідають точці Х, то зверхпровідність може бути розрушена нагрівом (перехід через криву PQ в точці Y), підвищенням магн. індукції (перехід через криву PQ в точці £), та в загальному випадку при одночасному підвищенні як температури, так і магн. індукції, що переводить матеріал в нормальний стан, з пересіченням кривої в будь-якій точці між точками Y і £.

Сьогодні дослідження зверхпровідників – важлива задача фізики, хімії, ЕТМ. Йдуть пошуки зверхпровідних матеріалів з більш високою температурою Тс.

Дата добавления: 2014-01-06