
- •Раздел 3. Материалы специального назначения Лекция №16. Тема: Сверхпроводники
- •1. Классификация сверхпроводниковых материалов
- •Сверхпроводящие материалы
- ••Леон Купер
- ••Пары не могут двигаться независимо друг от друга, как электроны в нормальном состоянии.
- ••Куперовские пары, пока не разорваны, не могут рассеиваются на дефектах решетки, так как
- •Механизм сверхпроводимости
- ••Состояние сверхпроводимости разрушается с ростом температуры
- ••Магнитное поле внутрь сверхпроводника не проникает:
- ••Диамагнетизм сверхпроводника – это поверхностный эффект, магнитное поле не проникает в толщу материала.
- •Магнитные сверхпроводники
- ••Сверхпроводимость поддерживается другими куперовскими парами, электроны которых движутся поперёк доменов и чувствуют переменное
- •Магнитная доменная структура, предсказанная теоретически для одноосных ферромагнетиков, находящихся в сверхпроводящем состоянии. Стрелки
- ••Магнитные сверхпроводники: TmRn4B4
- •Классификация сверхпроводников
- •Сверхпроводники I –го рода
- ••В 1933 г. немецкие физики В. Мейснер и Р. Оксенфельд установили, что слабое
- ••Сверхпроводники I-го рода, которыми являются почти все чистые сверх- проводящие металли- ческие элементы,
- •Сверхпроводники II –го рода
- ••Смешанное состояние означает сосуществование сверхпроводимости и нормальных несверхпроводящих тонких ниток – вихрей Абрикосова
- ••К сверхпроводникам II-го рода относится большинство СП сплавов. Кроме того, СП II-го рода
- •Высокотемпературная сверхпроводимость
- •Новые сверхпроводники
- ••Технологии приготовления сверхпроводников 2-го поколения (2G HTS) состоят в использовании металлических подложек на
- •По проникновению магнитного поля H внутрь сверхпроводников, они делятся на сверхпроводники

•К сверхпроводникам II-го рода относится большинство СП сплавов. Кроме того, СП II-го рода становятся и СП I-го рода при введении в них достаточно большого коли-чества примесей. Среди СП II-го рода выделяют группу жёстких сверхпроводников. В этих материалах сильные постоянные электрические токи могут протекать без потерь, вплоть до полей близких к Нк2. Поэтому именно жёсткие СП представляют интерес с точки зрения изготовления обмоток магнитов.
Высокотемпературная сверхпроводимость
•Электронный и экситонный механизмы Гинзбурга
•Экситон – возбужденный электрон не теряет связь с дыркой.
•Обмен экситонами, так же как и обмен фононами, может приводить к притяжению между электронами. (500К!)
•Для реализации этого механизма можно использовать поверхность кристалла или тонкие металлические слои.
Новые сверхпроводники
• - ВРВ – барий, свинец, висмут, кислород –
– BaPb1-xBixO3 -(0 x 0,3)
- Иттриевая керамика – La2-xSrxCuO4 40K YBa2Cu3O 102K
•Технологии приготовления сверхпроводников 2-го поколения (2G HTS) состоят в использовании металлических подложек на основе Ni, Cr, Mo, защитных слоев (Al2O3, CeO2) для блокировки диффузии отравляющих примесей из подложки, буферных слоев (YSZ, CeO2) для наращивания пленки YBa2Cu3O7-x. В сверхпроводниках 2-го поколения можно будет добиться для рабочих сильноточных изделий jc = 1010 ÷ 1011 А/м2 и Hc = 10 Тл при температуре кипения жидкого азота. Эти сверхпроводники предназначены для использования в сильноточных криогенных линиях электропередачи, ограничителях тока, проводах для соленоидов, сверхпроводящих токовводах, переключателях, сверхпроводниковых магнитных подвесах, устройствах для измерения потерь энергии в сверхпроводящих проводах и т.п.
Сверхпроводниковые наноструктуры. Фуллерены, легированные щелочными металлами: RbCsC60 Tc ~ 33 K. Нанотрубки, допированные
металлами: Tc ~ 12 K. Нанопроволоки: Mo-Ge Tc ~ 5,5 K.
По проникновению магнитного поля H внутрь сверхпроводников, они делятся на сверхпроводники
I и II рода.Для сверхпроводников I рода при H ≤ Hc поле
не проникает внутрь сверхпроводника (эффект Мейснера), а при H ≥ Hc образец переходит в несверхпроводящее
состояние, где Hc – критическое магнитное поле (Pb, Ta, Sn). Для сверхпроводников II рода магнитное поле, меньшее нижнего критического поля Hc1, не проникает в сверхпроводник, при Hc1 ≤ H ≤ Hc2
магнитное поле проникает в образец в виде
вихрей сверхпроводящего тока, а при H ≥ Hc2 образец переходит в несверхпроводящее состояние, где Hc2 –
верхнее критическое магнитное поле. Для пленочных и низкоразмерных сверхпроводников ситуация с проникновением магнитного поля сложнее из-за их малой толщины.