Й. Г. Беднорц и К. А. Мюллер открыли явление высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) у оксидной керамики (Тс > 90 °К, YBa2Cu3O7).

1. АТОМНО-КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА МЕТАЛЛОВ

1.1. Идеальные кристаллические решетки металлов

Под атомно-кристаллической структурой понимают взаимное расположение атомов в реальном кристалле. При переходе металла из газообразного в жидкое и далее в твердое состояние расстояние между атомами уменьшается, а их взаимодействие увеличивается. Характер взаимодействия атомов определяется строением их внешних (валентных) электронных оболочек. Здесь не более трех электронов слабо связанных с ядром. При сближении атомов именно эти электроны теряют связь со своим ядром под влиянием другого атома. Происходит коллективизация электронов атомами данной массы металла. Коллективизированные электроны принято называтьсвободными.

В твердом состоянии металл представляет собой постройку из положительных ионов, омываемых «газом» из свободных электронов. Связь частиц осуществляется электростатическими силами притяжения между ионами и «газом» электронов, которые стягивают ионы. Такая связь называетсяметаллической.

Межатомные связи. Связь частиц металла в твердом состоянии показана на рис. 1.1. Первичные связи (наиболее

прочные): ионная, ковалентная, металлическая, каждая из которых возника-

ет вследствие обмена или взаимодействия (объединения) валентных электронов на s- и p-орбиталях.

Рассмотрим ионно-кулоновское взаимодействие (рис. 1.2). Изменение энергии:

E = − z1za2e2 + aCn ,

притяжение отталкивание

где z – заряды частиц; а – расстояние между ионами; С – экспериментальная константа; 6 < n < 12.

8

Еотт.(С/an)

Епр.((Z1Z2e2)/a)

Рис. 1.2. График зависимости кулоновского взаимодействия

Одновременно между ионами существует отталкивание, которое уравновешивает притяжение, поэтому месторасположение ионов в пространстве строго определенное, а так как металл состоит из одинаковых атомов, то и расстояния между этими точками пространства должны быть равными. Это приводит к тому, что атомы (ионы) металла располагаются в пространстве закономерно, образуя кристаллическую (пространственную) решетку. Понятие это модельное, конструкция воображаемая (рис 1.3). Наименьший объем решетки, дающий представление об атомной структуре металла в любом объеме,

называется элементарной кристаллической ячейкой. Необходимо знать харак-

теристики элементарной кристаллической ячейки: три ребра (a, b, c) и три угла между осями X, Y и Z (рис. 1.4).

Различные соотношения этих параметров образуют семь сингоний (характерных типов) кристаллических решеток. Металлы кристаллизуются в

9

большинстве случаев либо в кубической сингонии (a = b = c; α = β = γ), либо в гексагональной сингонии (структура граненого карандаша). При этом образуется одна из следующих высокосимметричных решеток с плотной упаковкой атомов:

–объемно-центрированная кубическая (ОЦК) (рис. 1.5);

–гранецентрированная кубическая (ГЦК) (рис. 1.6);

–гексагональная, плотно упакованная (ГПУ) (рис. 1.7).

Период идентичности металлов, кристаллизующихся в кубической сингонии, находится в пределах от 2,86 до 6,07Å , а в гексагональной – период а= 2,28…3,88Å; с = 3,57…6,52 Å.

10