Контрольные вопросы

1. В чем заключается явление сверхпроводимости?

2. Какими физическими свойствами обладает тело, находящееся в сверхпроводящем состоянии?

3. Какова природа сверхпроводящего состояния?

4. Опишите эффект Мейсснера.

5. Как проникает магнитное поле в сверхпроводник?

6. Каков смысл критического поля?

7. Какова природа квантования магнитного потока в сверхпроводящем контуре?

8. Опишите сверхпроводники второго рода.

9. Что такое вихрь Абрикосова?

10. Что представляет собой состояние Шубникова?

11. Какова природа энергетической щели в сверхпроводниках?

12. Какие типы тунеллирования возможны при низкой температуре?

13. Объясните эффекты Джозефсона, характер излучения.

14. Нарисуйте ВАХ джозефсоновского перехода.

15. Как влияет магнитное поле на переход Джозефсона?

16. Назовите основные положения теории БКШ.

17. Опишите характеристики куперовской пары и конденсата.

18. В чем смысл параметра Гинзбурга?

19. Назовите особенности параметров высокотемпературных сверхпроводников.

20. Каковы возможные механизмы электронного спаривания?

Глава 2 высокотемпературные сверхпроводники

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

История открытия ВТСП представляется заслуживающей внимания и достаточно поучительной. Как уже отмечалось, проблема получения высокотемпературных сверхпроводников всегда представлялась особо актуальной и работа в этом направлении проводилась довольно активно. Возникает вопрос: почему с 1911 г по 1986 г рост температуры перехода сверхпроводников составил 18 К – (от ртути до германата ниобия), а за последующие два года – почти 100 К. Изобилие работ по этой тематике как раз понятно: оно спровоцировано открытием Беднорца и Миллера. Понятно также получение за короткий срок нескольких групп ВТСП материалов: иттриевой, висмутовой и таллиевой керамики – они относятся практически к одной группе слоистых соединений – оксидов. Известно, что соединение La_2-xBa _xCuO₄ , открывающее класс ВТСП материалов, было получено ранее и, как нам представляется, только инерция мышления задержала открытие до 1986 г. Исследование электрических свойств керамики при низких (гелиевых) температурах представлялось неперспективным. Только открытие Беднорца и Миллера вызвало интерес ученых к этим материалам в плане сверхпроводящего перехода.

2.1. Структура высокотемпературных сверхпроводников

Высокотемпературные сверхпроводники, как правило, имеют зернистую текстуру, они состоят из зерен – кристаллитов, соединенных между собой. Области соединения являются сильнодефектными, поэтому различают свойства внутригранульные и межгранульные. Например, внутригранульный критический тип много больше межгранульного. В данном разделе мы рассматриваем структуру гранулы или монокристалла. Как уже было отмечено, иттриевые, висмутовые, таллиевые и ртутные ВТСП соединения принадлежат к слоистым металлооксидам. В то же время соединения на основе висмута, таллия имеют плоскости атомов меди и кислорода, а соединения на основе иттрия содержат как плоскости, так и цепочки Cu – O. Роли цепочек и плоскостей в ВТСП материалах посвящены многочисленные работы. В настоящее время считается, что плоскости играют определяющую роль в сверхпроводимости, а цепочки служат и емкостью для электронов. Они могут быть или заполненными, или пустыми, в зависимости от содержания кислорода и легирующих примесей. Если число атомов кислорода в элементной ячейке изменяется, изменяется температура перехода или сверхпроводимость вовсе теряется. Кислородные вакансии находятся в основном в пределах одной цепочки. Например, в соединении YBa₂Cu₃O_7- при 1 существуют упорядоченные массивы цепочек, имеющих недостаток кислорода, при =1 цепочки отсутствуют.

Можно получить серию веществ на основе висмута, таллия или ртути с различным стехиометрическим составом; при этом в элементарной ячейке будет содержаться различное число плоскостей, различными будут и свойства ВТСП, в частности, температура перехода. Также сверхпроводники объединяются общей формулой с переменными стехиометрическими коэффициентами (см. табл. 2.1). Так, например, соединения Tl-2212, Tl-2223 и Tl-2201 имеют общую формулу:

Tl₂Ba₂Ca_n-1Cu_nO _2n+4, (2.1)

где n – принимает значения 2,3,1 соответственно, и показывает число CuO слоев.

Таблица 2.1