3. Сверхпроводимость.

Сверхпроводи́мость — свойство некоторых материалов обладать строго нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определённого значения (критическая температура). Известны несколько сотен соединений, чистых элементов, сплавов и керамик, переходящих в сверхпроводящее состояние. Сверхпроводимость — квантовое явление. Оно характеризуется также эффектом Мейснера, заключающемся в полном вытеснении магнитного поля из объема сверхпроводника. Существование этого эффекта показывает, что сверхпроводимость не может быть описана просто какидеальная проводимость в классическом понимании.

Открытие в 1986—1993 гг. ряда высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) далеко отодвинуло температурную границу сверхпроводимости и позволило практически использовать сверхпроводящие материалы не только при температуре жидкого гелия (4.2 К), но и при температуре кипения жидкого азота (77 К), гораздо более дешевой криогенной жидкости.

3. Энергетические зоны в кристаллах, металлы, диэлектрики, полупроводники.

Зонная теория кристаллов. Эта теория объясняет электропроводимость на основе квантовой теории строения кристаллических тел. Химическую связь в металле описывают с помощью метода молекулярных орбиталей. В процессе образования кристалла, согласно ММО, при сближении 2-х АО образуются 2 МО с более высоким и с более низким уровнем энергии. Если сближается большое число АО, то образуется много МО. Если в кристалле число АО = 10 ²³ , то МО образуют энергетическую зону. При этом соседняя МО имеет очень малую разницу в энергии. Электроны находясь на МО могут легко переходить с одной МО на другую (освещение, нагревание, облучение, электрическая энергия). Соседняя МО находится на очень малом расстоянии и образуют почти сплошную энергетическую зону.  1 кристалл Na разность энергии 2-х соседних орбиталей равна Е=10 ^-28 Если ширина зоны 1 эВ, то при наличии в ней 10^-23 уровней энергетический зазор между соседними уровнями. При наложении разности потенциалов электроны будут свободно перемещаться.  Зонная структура металлов Совокупность уровней занятых валентными электронами, называется валентной зоной. Уровни незаполненные называются зонами проводимости. ₁₁Na 1S² 2S² 2P⁶ 3S¹ (валентная зона) 3P⁰ 3D⁰ В металле валентная зона перекрывается с зоной проводимости, поэтому при наложении разности потенциалов электроны с валентной зоны легко переходят в зону проводимости и обуславливают электропроводимость Зонная структура диэлектрика В отличии от металла неметаллы не обладают электропроводимостью. Они представляют диэлектрики и изоляторы. В кристаллах неметаллов валентная зона отделена от зоны проводимости некоторым энергетическим барьером Е, поэтому энергия электрического поля оказывается недостаточной для перехода с валентной зоны в зону проводимости Е > эВ Е = 5.1 эВ (алмаз) Е = 5.2 эВ (кварц) Зонная структура полупроводника При сообщении полупроводнику определенного количества энергии (освещение, тепло, облучение, электрическая энергия) электроны с валентной зоны переходят в зону проводимости и участвую в переносе тока - собственные полупроводники Ge Е = 0.66 эВ Zn Е = 3.77 эВ Cd Е = 2.42 эВ Полупроводники и диэлектрики отличаются от проводников тем, что валентная зона заполняется почти полностью, а зона проводимости отделена энергетическим барьером. Особенность собственных полупроводников, что при переходе части электрона в зону проводимости, в валентной зоне появляется эквивалентное количество ионов или дырок, которые также участвуют в переносе тока. Проводимость полупроводников осуществляется как в зонной проводимости (N), так и дырками в валентной зоне (Р). Электроны движутся в зоне проводимости так, как это происходит в металле, а дырки движутся наоборот (от + к -). Таким образом собственные полупроводники имеют электронно-дырочную проводимость.