H EIKE K AMERLINGH-ONNES for his investigations on the properties of matter at low temperatures which led, inter alia to the production of liquid helium.

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 7Следующая ⇒

Критическая температура своя для каждого вещества. Эта температура и год обнаружения сверхпроводимости (точнее, год опубликования статьи об этом) указаны на рис. 11[5] для нескольких чистых элементов. У ниобия самая высокая (при атмосферном давлении) критическая температура из всех элементов Периодической таблицы Д. И. Менделеева, хотя и она не превышает 10 К.

Рис.11 Металлы, их температура сверхпроводящего перехода, Tкр, К, год опубликования обнаружения сверхпроводимости [5]

Через 22 года после первого открытия было обнаружено второе фундаментальное свойство сверхпроводников: полное вытеснение из них магнитного поля. Это явление получило название эффекта Мейсснера. И оно не сводится к компенсации внешнего магнитного поля полем сверхпроводящего тока, текущего по поверхности образца. Исчезновение электрического сопротивления и эффект Мейсснера - две различные стороны явления сверхпроводимости.

Весьма эффектный опыт, демонстрирующий присутствие эффекта Мейсснера: сверхпроводящий образец парит над постоянным магнитом.

Рис.12 Влияние магнитного поля на температуру перехода в сверхпроводящее состояние

Сверхпроводящее состояние можно разрушить не только нагреванием, но и внешним магнитным полем.

Достаточно сильное внешнее магнитное поле разрушает сверхпроводящее состояние, и сверхпроводник становится обычным проводником. Это поле называется критическим B_кр, его значение уменьшается с увеличением температуры и становится равным нулю при T_кр

Рис.13 Сверхпроводник в соленоиде

Поместим цилиндр из сверхпроводящего материала внутрь соленоида (рис.13). При температуре выше T_кр индукция магнитного поля в соленоиде B = 4π10^-7n/L·I, где n/L - число витков на единице длины соленоида, I - величина тока. При переводе цилиндра в сверхпроводящее состояние магнитное поле из него вытесняется, при этом освобождается энергия W = 10⁷S·L·B²/4π. Формула эта подтверждена прямыми измерениями теплового эффекта. Если разделить эту величину на число электронов в зоне проводимости образца (узнать какая энергия приходится на один) и постоянную Больцмана k, то получается величина порядка 0.002 К, что много меньше T_кр. Казалось бы, никакого перехода такая энергия вызвать не может. Но, если в переносе заряда участвуют только электроны, энергия которых близка к энергии Ферми E₀ (доля их ~ kT_кр/E₀ ~ 10^-4÷10^-3), то противоречие устранено.

Некоторые указания на природу этого взаимодействия появились в начале 1950-х годов, когда было открыто, что температура сверхпроводящего перехода металлов, построенных из разных изотопов одного и того же элемента, неодинакова. Оказалось, что чем больше атомная масса, тем ниже температура перехода . (Изотопы одного и того же элемента имеют одно и то же число электронов, но разные массы ядер.) Изотопический эффект указывал на то, что температура перехода зависит от массы атомов кристаллической решетки и, следовательно, сверхпроводимость вызывается взаимодействием между электронами проводимости и атомами кристаллической решетки. В квантовой механике это взаимодействие описывается как обмен фононами - квантами колебательного движения атомов кристалла. В обычном проводнике электрон-фононное взаимодействие и обуславливает сопротивление.

Теория сверхпроводимости была создана в 1957 году Джоном Бардиным, Леоном Купером, Дж. Робертом Шриффером. Купер предположил, что между двумя электронами в кристаллической решетке возможно притяжение, которое приводит к образованию связанных пар (получивших название куперовских), перемещающихся в кристаллической решетке. Сверхпроводящий ток - это движение куперовских пар.

В 1972г. Дж. Бардину, Л. Куперу и Дж. Шрифферу присуждена нобелевская премия:

1972

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Тактические действия в защите

История Олимпийских игр

История развития права интеллектуальной собственности