Сверхпроводимость
1933: В. Ханс Мейснер и Роберт Оксенфельд: если металл становится сверхпроводником
в присутствии слабого магнитного поля, то поле выталкивается из него.
B = 0 - независимо от того наложено поле до или после охлаждения
материала ниже его критической температуры.
Проникновение |
Самопроизвольное |
|
выталкивание поля B |
||
поля B |
||
из цилиндра. |
||
в цилиндр |
||
|
21
Сверхпроводимость
B > Bc : проникновение магнитного поля В в образец.
Критическое поле Bc – величина магнитного поля,
разрушающего сверхпроводящие свойства материала.
22
Сверхпроводимость
1957: Бардин, Купер и Шриффер – успешная теория сверхпроводимости (1972 - Нобелевская премия по
физике).
Искажение массива решеточных ионов двумя соседними электронами.
Появление между электронами результирующей силы притяжения.
Образование этими электронами так называемой куперовской пары.
23
Сверхпроводимость
Соответствие поведения куперовской пары поведению частицы с целым спином (бозона).
Низкие температуры: возможность нахождения всех бозонов в металле
в самом низкоэнергетическом квантовом состоянии.
Одинаковая волновая функция у каждой из куперовских пар.
Выше энергетического уровня, связанного с этой волновой функцией, - запрещенная зона с шириной, равной энергии связи куперовской пары.
Сверхпроводимость
Внешнее электрическое поле:
действие на куперовские пары электрической силы, перемещающей их по металлу.
Предположение: сопротивление электрическому току – результат рассеяния куперовских пар решеточными ионами.
Предполагаемая причина изменения энергии куперовских пар: передача части энергии пар решеточным ионам.
Отсутствие разрешенных уровней энергии ниже уровня энергии куперовской пары - она уже находится
в самом низком энергетическом состоянии.
Отсутствие разрешенных уровней энергии выше уровня куперовской пары - запрещенная зона.
Результат: отсутствие взаимодействий с решеткой и сопротивления движению куперовских пар.
25
Эффекты Джозефсона
Стационарный эффект
Постоянный электрический ток через тонкий ( 10-9 м) контактный диэлектрический слой
между двумя сверхпроводниками.
Причина - туннелирование куперовских пар через контактный слой.
26
Эффекты Джозефсона
Нестационарный эффект
Появление постоянной разности потенциалов V
при превышении величины критического тока в контакте.
Дополнительная энергия 2eV у куперовских пар.
Эмиссия фотонов с частотой = 2eV / h.
Результат – возвращение куперовских пар в самое низкое квантовое состояние.
27
Эффекты Джозефсона
Нестационарный эффект
• экспериментальное доказательство существования куперовских пар (заряд носителей равен 2e),
• снятие границы между макро- и микрофизикой:
квантование электрического тока (макроскопический эффект), связанного с перемещением куперовских пар (микроскопический эффект).
28
Высокотемпературная сверхпроводимость
1986: Беднорц (р. 1950) и K. Aлекс Mюллер (р. 1927), Исследовательская лаборатория IBM (Цюрих, Швейцария), - убедительные доказательства сверхпроводимости при 30 K в окисле бария, лантана и меди
(Нобелевская премия по физике в 1987 г.).
1987: сверхпроводимость при 92 K в окисле иттрия, бария и меди; при 105 K в окисле висмута, стронция кальция и меди.
Недавно: сверхпроводимость при 150 K в окисле, содержащем ртуть.
Отсутствие в настоящее время общепринятой теории высокотемпературной сверхпроводимости ! ! !
29
СТРОЕНИЕ ЯДРА
30