Раздел 3. Материалы специального назначения Лекция №16. Тема: Сверхпроводники

•1. Механизм явления сверхпроводимости

•2. Классификация сверхпроводниковых материалов.

1. Классификация сверхпроводниковых материалов

•Сверхпроводники материалы, обладающие очень малым удельным сопротивлением при весьма низких (криогенных) температурах.

•-сверхпроводники первого и второго рода

•-магнитные сверхпроводники

•-высокотемпературные сверхпроводники

Сверхпроводящие материалы

•Явление исчезновения электрического сопротивления, т.е. появление бесконечной удельной проводимости материала называется сверхпроводимостью, а критическая температура, при которой совершается переход вещества в сверхпроводящее состояние, температурой сверхпроводникового перехода Ткр.

•Леон Купер

•Эффект сверхпроводимости возникает благодаря притяжению, существующему между некоторыми электронами – фермиевскими электронами –

энергия которых близка к энергии Ферми EF

•Пару могут создавать 2 электрона, импульсы которых равны по величине и противоположны по направлению, т.е. полный импульс пары равен нулю.

•Пары не могут двигаться независимо друг от друга, как электроны в нормальном состоянии.

•Каждая пара, взаимодействуя со всеми остальными, должна двигаться в унисон.

•Электронная пара (куперовская) является бозоном. Для бозонов принципа запрета Паули не существует.

•Под действием внешнего источника питания пары электронов приобретают один и тот же импульс и движутся как единый коллектив в одном и том же направлении с некоторой дрейфовой скоростью.

•Куперовские пары, пока не разорваны, не могут рассеиваются на дефектах решетки, так как вывод любой из них из строго коррелированного коллектива маловероятен.

•Не испытывая рассеяния, куперовские пары могут двигаться сквозь решетку кристалла без всякого сопротивления.

•Такое состояние разрушается с увеличением температуры.

•Уничтожает состояние сверхпроводимости и слабое магнитное поле.

Механизм сверхпроводимости

•1. Присутствие фермиевских электронов, энергия которых близка к энергии Ферми EF.

•2. Пару могут создавать два электрона, импульсы которых равны по величине и противоположны по направлению –

бозон -, т.е. полный импульс пары равен нулю.

•3. Пары не могут двигаться независимо друг от друга. Их перемещение происходит, как единого коллектива.

•4. Для бозонов принципа запрета Паули не существует.

•5. Куперовские пары (бозоны) пока не разорваны, рассеиваться на дефектах решетки не могут.

•Состояние сверхпроводимости разрушается с ростом температуры

•h - средняя энергия фононов, соизмеримая с дебаевской температурой ; g – постоянная, определяющая силу притяжения между электронами; 1013 Гц; = 100-500 К, g =1/2

•Ткр 30-40 К

Tкр 1,14h e 1/ g

•Магнитное поле внутрь сверхпроводника не проникает:

•1) На поверхности металла вследствие

электромагнитной индукции возникают незатухающие замкнутные токи (экранирующие токи), создающие свое магнитное поле, индукция которого по модулю равна индукции внешнего магнитного поля, а направление векторов магнитной индукции этих полей противоположны. В результате

индукция суммарного магнитного поля внутри идеального проводника равна нулю. Металл как будто препятствует проникновению в него магнитного поля, то есть ведет себя как диамагнетик.

•Диамагнетизм сверхпроводника – это поверхностный эффект, магнитное поле не проникает в толщу материала. Именно в этом тонком приповерхностном слое и протекают незатухающие токи, которые и экранируют от влияния внешнего магнитного поля области, удаленные от поверхности.

•Толщина этого слоя, получившая название глубины проникновения поля , является важнейшей характеристикой сверхпроводника.