свръхпроводимост на метали

метали свръхпроводимост е открит през 1911 г. и природата се избистря през 1957 г. На теория, така наречените температура свръхпроводимост преход е свързана с характеристиките на самия метал. Свръхпроводимост появява в тези случаи, когато електрони и йони са взаимно привлича. Тази атракция е само важи и за някои от електроните с най-голям енергиен близо до енергия ε F на Fermi (името, дадено от името на виден италиански физик Енрико Ферми, който конструира през 1942 първият ядрен реактор и е направила редица открития в областта на физиката). В абсолютна нула (Т = 0 ° С) в не-свръхпроводящи метал всички електрони проводникова имат енергия ε, по-малко от или равно на епсилон F.

В създаването на електрически ток всъщност включва само електрони с енергия близо до енергията на Ферми, както и за появата на свръхпроводимост необходимо привличане между електроните. Ако има такава атракция, електроните с противоположни посоки като пулса ще се държим заедно, образуват двойка електрони. За да се прекрати тази двойка електрони се нуждаят от енергия. В конвенционалните, състояние на несдвоени електрони са разпръснати в примесите вградени в метала или гънки срещащи се в метала поради топлинна движение (топлинна колебание решетка). Когато разсейване на електрони и поръчаният движението поради електрическото съпротивление на метали. Когато електроните са в състояние в двойка, те не са разпръснати от решетъчни вибрации и електрическо съпротивление изчезва свръхпроводимост случи. Критичната температура Тс съответства на енергията на свързване. Чрез Бардийн, Cooper, и Schiffer критична температура

където е ≈ 2,72; θ D - характерна температура нарича Debye приблизително равна на 500 ° К; г - постоянна пропорционална на силата на привличане между електроните, равни на ½.

Електроните в предложението на вибрациите кристалната решетка развълнуван. От друга страна, решетъчни вибрации могат да повлияят на електроните се разсеят енергията си или да ги казва. Квантова физика обяснява това явление набор от фотони - кванти на механични вибрации. Един електрон в твърда при определени условия е в състояние да генерира фонони, и способна да абсорбира и разсейване. Метод е възможно, когато един от електрони, излъчвана фонон и други абсорбира. Такова взаимодействие съответства на взаимното привличане на електрони. В допълнение, електроните са електростатично отблъскване сили, отслабени поради наличието на електрони и йони, образуващи метални Ако силна електростатично отблъскване на привличане, електронен сдвояването възниква и свръхпроводимост не може да се случи в метала. Напротив, ако привличането преобладава, метала става свръхпроводник. Термичната движение в метала, увеличава с повишаване на температурата, разгражда електронни двойки, и при температура над Тс свръхпроводимост изчезва.

Феноменът на свръхпроводимостта е свързана с феномена на свръхфлуидност. За да се поддържа на електрическия ток в свръхпроводника не изисква външен потенциална разлика. Носителят на електрическия ток в метала са електрони. Имотът на свръхпроводимост, следователно, е нищо друго, освен собственост на свръхфлуидност на електрон течността. Но за електронна течност в метална, промяна на плътността му е свързано със значително разходите на енергия, тъй като това е възпрепятствано от Кулон сили между електроните и решетката, както и между самите електрони. Промяна на електронна плътност на течността дава състоянието на електронеутралност, така подходящ диапазон на дълги вълни трептения, както се среща в плазмата започва с определен краен честота. Когато постоянен ток "нормални" електрони не пълният размер, тъй като никой не електрическо поле свръхпроводник. Когато DC електрическо поле кара "нормално" ток 1N. подчинявайки закона на Ом, с пускането на Джаул топлина. Този ефект става значително само при ω / 2π честоти δostatochno високи за проникване дълбочина стане сравнима с ДълЖината на вълната, и се наблюдава в обхвата микровълнова печка. В още по-високи честоти на текущата I н започва напълно ли да заместя свръхпроводимост ток с. Преходът от свръхпроводящ на нормалното състояние ще бъде в честотите, за които hν ≈ KT К.

Когато постоянен и променлив ток честота, по-малка от 10 MHz, има рязък спад на резистентност към нулата. При по-високи честоти, устойчивостта на свръхпроводник при температура под Т в запазва ограничен стойност, толкова по-висока честота.

В чисти метали, преход към състояние на свръхпроводящ се придружава от намаляване на топлопроводимост. Това показва, че в условията на свръхпроводимост електрони престава да взаимодействат с решетка и не участват в пренос на топлина. Преходът от нормалното състояние на преход свръхпроводим фаза е п-тип и придружени от малки промени в други свойства на свръхпроводника. Свръхпроводящ (алкален) отдалечен от нормалното състояние (възбуден) до състояние при температура под Т към разликата енергия ширина ЛЕ ≈ 10- 4 ЕГ. Загубата на електроните и решетката на региона на свръхпроводящ води до бързо намаляване на затихване. Според теорията на микроскопско съотношение на коефициентите на затихване свръхпроводящи и нормални фази се определя по формулата

Свръхпроводимост наблюдава в някои метали, които заемат определена област в периодичната система. Таблица. 1-1 показва свръхпроводящи метали и техните числени стойности на критичната температура.

Свръхпроводимост също се намира в голям брой сплави и повече от 50 връзки. Сплави т. Е. свръхпроводници, легирани с атоми на други елементи и други разстройства на решетката, са от голямо практическо значение.

Свръхпроводимост се наблюдава в метали свръхпроводимите и сплави под определена критична температура Тс. Това преминаване през свръхпроводник ток и съответния напрегнатост на магнитното поле трябва да бъде под критичните стойности и К и Т к. Стойностите на I к и Т зависи от температурата Т и са склонни да нула с увеличаване на Т да T в. съществуването на критични температури, токове и магнитните силови силни Tc. I и Н до ограничен технически използване на свръхпроводимостта. По този начин, критичната температура на олово е 7,3 ° К, ниобий сплав с калай (Nb 3 Sn) 18,1 ° К (известната високо критичната температура). За температури под 18 ° К, използвайки течен водород и хелий (точка на кипене при атмосферно налягане, които са, съответно, 4.2 и 20.4 ° С).