История сверхпроводимости Металлические нтсп

В 1911 году Г. Камерлинг-Оннес (Нидерланды) обнаружил, что при температурах жидкого гелия сопротивление ртути падает до нуля. Позднее было установлено, что многие другие металлы и сплавы тоже становятся сверхпроводящими при низких температурах. 

Сверхпроводящие металлы: Ti(титан) - 0,39К , Ru (рутений) - 0,51 К, Zr - 0,54К,

Os (осмий) - 0,65К, Cd (кадмий)-0,66 К, U(уран) - 0,68К , Zn - 0,87К, Мо(молибден)-0,9,2К, W(вольфрам)-1,07,К

Ga(галлий)-1,09К, Al-1,1К, Th (торий)-1,37К , Pa(протактиний)-1,4К, Re(рений)-1,7К, Tl -2.4К, In-3,4К, Sn(олово-3,7К, Hg(ртуть -4.15К, Ta(тантал)-4,48К, V(ванадий)-5,38К, La(лантан - 6,0К , Pb-7.19К Tc(технеций)-7,77К, Nb(ниобий)-9,2К

С плавы: Ti₂Co-3,4K, La₃In-10,4K, Nb₃Au-11,5, V₃Si-17,1K, Nb₃Sn-18,05, Nb₃Al-17,5K, Nb₃S(Al_0,8Ge_0,2) -20,9K

У сверхпроводников имеется три основные характеристики: Т_КР, Н_КР, J_КР

Эффект Мейсснера

  В 1933 году немецкий физик В. Мейсснер обнаружил, что сверхпроводник выталкивает из себя магнитный поток. Эффект Мейсснера (эффект левитации) был важным открытием.

Теория БКШ -    В 1957 году трое американских ученых (John Bardeen, Leon Cooper, John Schrieffer) опубликовали первую полноценную, принятую научным сообществом теорию сверхпроводимости, известную как «BCS theory». Теория была удостоена Нобелевской премии в 1972 году.

-Теория объяснила сверхпроводимость при температурах близких к абсолютному нолю для металлов и простых сплавов, однако перестала быть адекватной после открытия высокотемпературной сверхпроводимости.

Фононы Упругие колебания кристаллической решетки с определенной частотой

называются фононами. Рассмотрим два математических маятника,

колеблющихся с частотой

Заставим маятники колебаться связанно, получим две частоты :

Колебания системы из N связанных атомов определяются

набором из N гармонических колебаний с частотами:

Каждое одиночное монохроматическое

колебание – фонон, набор фононов – фононный спектр

Куперовские пары и Бозе-конденсат Возникновение сверхпроводящего состояния вещества связано с образованием

связанных пар электронов за счет их обмена фононами.

Криткерий обмена - импульсы и спины электронов антипараллельны.

Расстояние между электронами куперовской пары

порядка ста периодов решётки. Если же при Тc силы притяжения преобладают над силами отталкивания,

то вещество переходит в сверхпроводящее состояние. При высоких концентациях куперовские пары

образуют собственную фазу – Бозе-конденсат.

Важнейшей особенностью Бозе-конденсата является невозможность

его обмена энергией с решеткой,

что эквивалентно потери материалами электрического сопротивления.

Коммерческое использование явления сверхпроводимости началось в 1962 году, когда разработали первый сверхпроводящий (СП) кабель, жилы которого были сделаны из сплава ниобия и титана (NbTi). СП-кабель работал при Т_{жид. гелия.} В это же время начались разработки сверхпроводящих магнитов с грамадной напряженностью магнитных полей.

Эффект Джозефсона В 1962 году Брайен Д. Джозефсон, аспирант университета Кембридж, выдвинул теорию, что электрический ток будет течь между двумя сверхпроводящими материалами, даже когда они разделены не сверхпроводником, а изолятором. Теория  была позже подтверждена и получила в 1973 году Нобелевскую премию. Это явление было названо "Эффект Джозефсона" и применяется в электронных устройствах типа СКВИД, обнаруживающих даже самые слабые магнитные поля.

ВТСП

В 1986 г. Г. Беднорца и А.Мюллера сообщили о том, что в керамических образцах на основе Ba—La—Cu—O возможна высокотемпературная

сверхпроводимость при температурах 30—35К,

что было отмечено Нобелевской премией.

Пошел отсчет новой эры высокотемпературной сверхпроводимости(ВТСП).

 

В 1987 году был получен оксидный сверхпроводник структуры 1-2-3 с Т_КР= 92К.     Самая высокая Т_КР= 138К. Это вещество относится к керамическим сверхпроводникам и представляет собой слоистый купрат, содержащий ионы

таллия, ртути, бария, кальция.

в 1994 г. в купрате HgBa₂Ca₂Cu₃0_8+x под высоким давлением

получена Тс ≈ 165 К

Наибольшее распространение получила

керамика на базе иттрий-бариевых купратов

YBa₂Cu₃O_7-

Кристалличесая решетка

YBa₂Cu₃O_7-δ