ТЕМА 5А
Сверхпроводимость
История развития сверхпроводимости
В 1908 году впервые удалось получить жидкий гелий. Температура жидкого гелия 4,2К
Камерлинг-Оннес в 1911 г обнаружил, что при низких температурах электрическое сопротивление некоторых металлов полностью исчезает.
"Ртуть переходит в новое состояние, которое вследствие его необычных электрических свойств может быть названо сверхпроводящее состояние".
Камерлинг-Оннес (1853-1926 г)
Нобелевская премия по физике 1913 г. «за исследования свойств вещества при низких температурах, которые
привели к производству жидкого гелия»
СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2013
История развития сверхпроводимости
T c , K
100
YBa |
Cu |
O |
2 |
3 |
7 |
80
60
40
|
|
|
|
Nb |
Ge |
|
(La,Sr)CuO |
|
|
|
|
|
3 |
||
20 |
|
|
Nb |
Sn |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
Hg |
Pb |
Nb |
|
|
|
Ba(Pb,Bi)O |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
SrTiO |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
3 |
|
0 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1900 |
|
1920 |
1940 |
1960 |
|
1980 |
2000 |
Год
СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2013
Высокотемпературные сверхпроводники
T c , K
150
HgBa |
Ca |
Cu O |
(133K) |
2 |
2 |
3 |
8 |
100
50
SrTiO (1K)
3
0
1960 1970
Tl Ba |
|
Cr |
Cu O |
(125K) |
2 |
2 |
2 |
3 |
10 |
YBa Cu O (91K)
2 3 4
(La,Sr)CuO (30K)
3
Ba(Pb,Bi)O (16K)
3
1980 |
1990 |
2000 |
2010 |
Год
СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2013
Georg Bednorz and Alex Müller were awarded the Nobel Prize for “their important breakthrough in the discovery of superconductivity in ceramic materials”.
1986 год
Беднорц Георг |
Мюллер Алекс |
Германия, 1950. |
Швейцария, 1927. |
СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2013
Теории сверхпроводимости
Первое теоретическое объяснение сверхпроводимости -в 1935 году Фрицем и Хайнцем Лондоном (
англ.).
Более общая теория была построена в1950 году Л. Д. Ландау и В. Л. Гинзбургом -известна как
теория Гинзбурга — Ландау. Однако эти теории имели феноменологический характер Впервые сверхпроводимость получила объяснение на микроскопическом уровне в 1957 году в работе американских
физиков Джона Бардина, Леона Купера и Джона Шриффера.
Абрикосов |
|
Лев Давиидович |
|
Виталий Лазаревич |
Ландаиу |
||
советский и |
|||
(1908 |
|||
американский физик |
Гинзбург |
||
Нобелевская премии |
|||
|
(1916-2009) |
- 1968) |
|
25 июня 1928 г. |
по физике 1962 года. |
||
|
Нобелевская премия 2003: В. Гинзбург , А. Абрикосов и А. Леггет — за вклад в развитие теории сверхпроводимости и сверхтекучести
СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2013
Основные свойства сверхпроводников
Скачок Удельной теплоемкости и |
Эффект Мейсснера |
|
Отсутствие сопротивления |
||
|
«Гроб Магомета»
парамагнетик→диамагнетик
Основные свойства сверхпроводников (продолжение)
Наличие критического тока, |
Наличие критического магнитного поля, |
|||||
разрушающего сверхпроводимость |
разрушающего сверхпроводимость |
Т |
||||
J |
|
|
H |
|
|
|
N |
Hc |
|
|
|
||
Jc |
N |
|
||||
|
|
|||||
|
S |
|
S |
|
||
|
|
Т |
|
|
|
ТТ |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
|
Тc |
|
Тc |
|
||
Соединение Tc, K |
jc, А/см2 (Тл), при 4,2 К |
Bc, Тл (T, K) |
|||
NbTi |
9,5- |
(3-8)·104 |
(5) |
12,5-16,5 (1,2) |
|
10,5 |
12 (4,2) |
||||
|
|
|
|||
Nb3Sn |
18,1- |
(1-8)·105 |
(0) |
24,5-28 (0) |
|
18,5 |
|||||
|
|
|
|
||
NbN |
14,5- |
(2-5)·107 |
(18) |
25 (1,2) |
|
17,8 |
8-13 (4,2) |
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2013
Магнитные свойства вещества
Диамагнетиками называются вещества, магнитные моменты атомов которых в отсутствии внешнего поля равны нулю, т.к. магнитные моменты всех электронов атома взаимно скомпенсированы
(например инертные газы, водород, азот, NaCl и др.).
Парамагнетик в присутствии слабого магнитного поля.
Парамагнетик в присутствии сильного магнитного поля
Парамагнетики — вещества, которые |
|
|
|
намагничиваются во внешнем магнитном поле |
|
Вальтер Мейснер |
|
в направлении внешнего магнитного поля (J↑↑H) |
|
||
Диамагнетизм |
(1882- 1974) |
||
и имеют положительную |
|||
(от греч. Dia – расхождение и магнетизм) |
|||
магнитную восприимчивость. Парамагнетики |
|||
-свойство веществ намагничиваться |
|||
относятся к слабомагнитным веществам, |
|||
навстречу приложенному магнитному полю |
|||
магнитная проницаемость незначительно |
|||
отличается от единицы. Диамагнетики — µ чуть <1, |
µ(Bi) =0,9998 (свинец, цинк, азот и др.). |
||
Парамагнетики — µ чуть>1, µ(Al)=1,000023 (кислород, никель и др.).
СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2013