Вопросы для контроля

1. О чем позволяют судить эксперименты с охлажденным образцом и пробным магнитом ?

2. Какими свойствами характеризуется сверхпроводник?

3. О чем свидетельствует полупроводниковый характер изменения сопротивления с понижением температуры Y-ВТСП?

4. Как вы представляете температурную зависимость проводимости обычного металла с понижением температуры до 77 К? Почему ?

5. Как называется метод измерения сопротивления Y-ВТСП, которым Вы пользовались?

Отчет должен содержать

1. Теоретическую часть

2. Результаты проведенных измерений.

Библиографический список

1. Пересада А.Г., Рогачев А.С. и др. О механизме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в системе Сu –ВаО₂-Y₂O₃-O₂ Препринт, 1990, n.16, 16с (РЖС, 1991, №2, c.90).

2. Башкирова Ю.А., Флейшман Л.С. Массивные высокотемпературные сверпхпроводящие материалы для сильноточных применений // СФХТ, 1992, т.5, № 8, с. 1351 – 1380.

3. 3.Н.М. Плакида Высокотемпературные сверхпроводники.//М., «Между народная программа образования»,1996, 288с.

4. Физические свойства высокотемпературных сверхпроводников/Под ред. Д. Гинзберга.-// М. Мир, 1990г.,543с.

Лабораторная работа № 3 электросопротивление гиперпроводника в интервале температур 77 – 300 к

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Изучить влияние чистоты металлов на их электросопротивление в области низких температур.

2. ОБОРУДОВАНИЕ: лабораторный стенд, криостат, датчик со стабилизацией температуры, источник питания УИП – 2, источник питания ВИП-009, милливольтметр В7-21, милливольтметр В7-21, сосуд Дьюара с жидким азотом.

3. ТЕОРИЯ. Для описания свойств металлических материалов используются представления о подсистеме свободных (нормальных) электронов, подсистеме фононов и кристаллической решетке с ее дефектами. Рассматривая электрические свойства металлов мы говорим о вырожденных коллективах микрочастиц, о квантово-механическом представлении, принципе Паули, энергии Ферми, функции распределения, влиянии температуры и, наконец, электрическом поле.

Проводимость металлов можно записать:

 = е  n  и (1)

где е - заряд электрона, n – число свободных электронов, и – подвижность электронов, и = , где _д – скорость дрейфа,  - напряженность электрического поля, _ф – время релаксации электронов на поверхности Ферми, v_ф – частота попыток.

При низких температурах концентрация электронов практически не изменяется, поэтому удельная проводимость их определяется только подвижностью электронов, которая для температур ниже Дебаевской пропорциональна Т⁵, с этим учетом выражение (1) запишем

 = (2)

где k – некая константа, которая определяется материалом. Тогда удельное сопротивление

= (3)

[] = Ом м, В =

Сопротивление конкретного проводника можно найти

R= (4)

Участок  (Т) описанный выражением 3 на рис.1. обозначен как II. В общем для точки А общее удельное сопротивление записывается в виде

_общ = _ост + _т (5)

где _ост – остаточное сопротивление, определяемое чистотой металла, _т – дополнительная величина обусловленная рассеянием электронов на фононах. Уравнение (5) определяет правило Маттиссена об аддитивности удельного сопротивления. Остаточное сопротивление является пределом, к которому стремится сопротивление, если его экстраполировать к абсолютному нулю температуры. Оно связано с рассеянием электронов на различных дефектах кристаллической решетки (границы зерен кристаллитов, дислокации и точечные дефекты и т.д.). Влияние дефектов может быть заметно снижено термической обработкой при температуре близкой к температуре плавления или в монокристаллах. При малой концентрации химических примесей (до 1 ат.%) остаточное сопротивление пропорционально общему количеству примесей при этом примеси не влияют на температурную часть сопротивления. Это справедливо для области высоких и низких температур. При Т << _д ( где _д – дебаевская температура) _т < _ост и  - _ост. При этом, чем чище металл, тем ниже должна быть температура для выполнения неравенства _т << _ост. Для чистых металлов _ост >> _т при Т < .

Для чистых металлов вместо _ост удобнее пользоваться либо величиной _4,2, либо нормированным значением  = . Чем больше значение , тем чище металл.

В чистых металлах  обычно составляет величину 10⁴  10⁷, выше достичь значений трудно, т.к. требуются специальные методы очистки. Например, очистить ниобий до такой величины очень трудно, так как сопутствующий химический элемент Та имеет одинаковый период решетки, равные атомные размеры и химическую активность. Металлы же медь, алюминий удается очистить до  = 10¹⁰  10¹² и такие очень чистые металлы называются гиперпроводниками.

Таблица № 1

Основные параметры некоторых металлов

№	Элемент	Д, К	Тк, К
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.	Nb Al Cu Zn Hb Sn W Ta	977 423 345 109 102 196 388 258	9,4 - - 3,4 7,19 3,72 0,01 4,48