ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Рис. 29 Исчезновение сопротивления при
низких температурах
К настоящему времени сверхпроводимость обнаружена примерно у половины металлических элементов, большого
числа металлических сплавов и у ряда полупроводников. Температура Т
с
, называемая температурой сверхпроводящего
перехода или критической температурой, при которой у образца исчезает сопротивление, изменяется для различных веществ
от сотых долей К до ~ 20 К.
Микроскопическая теория сверхпроводимости была создана только в
1957 г., Дж. Бардином, Л. Купером и Дж.
Шниффером (теория БКШ), т.е. почти 50 лет обнаруженное Камерлинг-Онессом явление оставалось загадкой. За это время
были изучены многие свойства сверхпроводников. Наиболее важные из них заключаются в следующем.
1 Явление перехода к сверхпроводимости – скачкообразный процесс.
2 Нулевое сопротивление. При Т < T
c
сопротивление сверхпроводника равно нулю. Это означает, что если через
сверхпроводящее кольцо пропустить ток и отключить это кольцо от источника, то ток сохраняется в кольце сколь угодно
долго. Опыты, проведенные в Массачусетском технологическом институте, показали, что ток в несколько сотен ампер,
наведенный в сверхпроводящем кольце, сохраняется неизменным в течение года.
3 Поскольку многие сплавы обладают сверхпроводимостью, то очевидно, что состояние кристаллической решетки не
влияет на возникновение данного эффекта.
4 Эффект Мейснера–Оксенфельда. Изучая поведение сверхпроводников в магнитном поле, В. Мейснер и Р.
Оксенфельд в 1933 г. установили, что если образец сверхпроводника охлаждать в магнитном поле до температуры ниже Т
с
,
то в точке сверхпроводящего перехода магнитное поле выталкивается из образца. Другими словами, в сверхпроводнике
магнитная индукция В равна нулю, т.е. сверхпроводник является идеальным диамагнетиком.
5 Эффект Джозефсона. В 1962 г. английским физиком Б. Джозефсоном были предсказаны эффекты так называемой
слабой сверхпроводимости, получившие название эффектов Джозефсона. Различают стационарный и нестационарный
эффекты Джозефсона.
Стационарный эффект заключается в том, что сверхпроводящий ток может течь в отсутствие электрического поля через
щель между двумя сверхпроводниками, заполненную изолятором, если толщина слоя изолятора достаточно мала (1 – 2 нм).
Это означает, что "сверхпроводящие" электроны способны
туннелировать через тонкие изолирующие слои.
Если увеличивать ток через подобный контакт сверхпроводников, то он достигнет некоторого максимального значения,
после чего на контакте появляется электрическое напряжение V. Согласно предсказаниям Джозефсона, в этих условиях на
контакте должен появиться высокочастотный переменный ток с частотой
h
еV2
=ω
.
Это нестационарный эффект Джозефсона. Эффекты Джозефсона не только подтверждены экспериментально, но и
положены в основу чрезвычайно точного метода измерения напряжения. В настоящее время созданы основанные на этих
эффектах параметрические преобразователи частоты, барометры и другие приборы.
В эффектах Джозефсона мы непосредственно сталкиваемся с важнейшим свойством сверхпроводника – согласованным
поведением его электронов. Электроны двух сверхпроводников с помощью слабой связи (слоя изолятора) объединились в
единый квантовый коллектив.
6 Поглощение электромагнитного излучения сверхпроводниками.
Еще в 30-х гг. указывалось на то, что сверхпроводящее состояние может быть разрушено с помощью
электромагнитного излучения соответствующей частоты. При этом излучение должно быть поглощено сверхпроводником.
Проведенные впоследствии эксперименты подтвердили данные предположения. Оказалось, что при Т < T
c
поглощение
электромагнитных волн возникает при частотах, больших 10
11
Гц. Это свидетельствует о наличии в спектре
сверхпроводников некоторой энергетической щели. Из приведенных выше свойств сверхпроводников следует, что
сверхпроводимость связана с каким-то изменением в поведении.
6.1 Куперовские пары. Естественно предполагать, что и энергетическая щель в зоне проводимости металла,
находящегося в сверхпроводящем состоянии, возникает из-за какого-то дополнительного взаимодействия электронов,
появляющегося при переходе металла в это состояние. Природа этого взаимодействия состоит в следующем.
Свободный электрон зоны проводимости, двигаясь сквозь решетку и взаимодействуя с ионами, слегка "оттягивает" их
из положения равновесия, создавая в "кильватере" своего движения избыточный положительный заряд, к которому может
быть притянут другой электрон. Поэтому в металле помимо обычного кулоновского отталкивания между электронами
может возникнуть косвенная сила притяжения, связанная с наличием решетки положительных ионов. Если эта сила
оказывается больше силы отталкивания, то энергетически выгодным становится объединение электронов в связанные пары.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- …
- следующая ›
- последняя »
