Historia
Nadprzewodniki
" 1911  H. Kamerlingh-Onnes odkrywa
nadprzewodnictwo niskotemperaturowe w rtęci
(4,15 K)
" doświadczenie S. C. Collinsa
R < 10-25 &!m
" 1956  Mechanizm tworzenia siÄ™ par
elektronowych - L. Cooper
Na bazie prezentacji Krzysztofa
Malickiego i Piotra Andrzejewskiego
Historia
Opór elektryczny
" 1957  Mikroskopowa teoria nadprzewodnictwa BCS
" W nie zaburzonej sieci krystalicznej fala elektronowa propaguje
siÄ™ bez oporu
" Fale elektronowe rozpraszajÄ… siÄ™ na drganiach termicznych
jonów i defektach sieci
" Elektrony podczas rozpraszania przekazujÄ… swojÄ… energiÄ™ sieci,
powstaje opór elektryczny
John Bardeen, Leon N. Cooper, John R. Schrieffer
" Jeżeli metal nie przechodzi w stan nadprzewodnictwa,
" 1973  Nagroda Nobla za BCS to opór związany z defektami sieci nie zanika wraz z malejącą
temperaturą, opór ten nazywamy oporem resztkowym.
" 1986  nadprzewodniki wysokotemperaturowe
Wykres zależności oporu od temperatury
Rozpraszanie elektronów na fononach
- fonony to kwanty drgań termicznych
- im wyższa temperatura tym większa gęstość gazu
fononowego i tym większy opór
- w niskich temperaturach opór maleje
- w niektórych metalach w odpowiednio niskich
temperaturach fale elektronowe nie doznajÄ…
rozproszenia ani na fononach ani na defektach
różne materiały mają różne Tk
struktury sieci.
1
Efekt izotopowy
Pary Coopera
Różne izotopy tego samego pierwiastka mają różne
- elektrony sÄ… fermionami i podlegajÄ… zakazowi Pauliego
temperatury krytyczne, zależne od masy atomowej
izotopu.
- siły odpychające mają krótki zasięg z powodu ekranowania,
- mogą powstać siły przyciągania dalekiego zasięgu
Tk M = const
- siły te mogą spowodować, że cząstki o przeciwnych spinach
połączą się w pary, które będą miały spin całkowity i dzięki
temu nie będą podlegać zakazowi Pauliego
Nadprzewodnictwo jest zwiÄ…zane jest
- pary te mogą utworzyć kondensat cząstek znajdujących się na
z oddziaływaniami elektronów przewodnictwa
tym samym poziomie energetycznym
z drganiami sieci jonowej.
Wymiana fononów
Pary Coopera
Odziaływanie fononowo-elektronowe - elektron przyciąga jony
" elektron wzbudza sieć, czyli wytwarza fonon,
dodatnie, a te z kolei przyciÄ…gajÄ… inny elektron, i tworzy siÄ™ para
" drugi elektron pochłania ten fonon i sieć wraca do stanu wyjścia
" fonony wymiany są niezależne od fononów wzbudzeń cieplnych
" energia fononu nie może być dowolnie duża,
w metalach Emax ~ 10-2 eV
" wiÄ…zanie siÄ™ w pary prowadzi do powstania pasma zabronionego
PRZERWA ENERGETYCZNA
" szerokość przerwy energetycznej w temperaturze T = 0 wynosi
Zasięg do kilku tysięcy odległości międzyatomowych
2"(0) = 3.52 kTk
(~1000 nm)
Korelacja
Średnia odległość między parami wynosi ok. 10-6 cm, co
Kolektywność zjawiska
jest wielkością sto razy mniejszą niż odległość
oddziaływania między sobą elektronów jednej pary.
Pojedyncza para Coopera nie może istnieć.
Tworzenie par jest to korelacja między elektronami o
przeciwnych pędach i spinach.
Korelacja prowadzi do obniżenia energii układu o 2" na parę.
W miarę wzrostu temperatury maleje więc ilość par i energia
wiazania jednej pary
2
Brak oporu elektrycznego
Krytyczna gęstość prądu
" pędy elektronów uczestniczących w parze, K i -K
" pęd całej pary w momęcie gdy prąd nie płynie jest równy 0
" Gdyby gęstość prądu przekroczyła pewną granicę,
" gdy prąd płynie pędy poszczególnych elektronów wynoszą
przy której energia kinetyczna nośników prądu jest większa
K+P i -K+P.
niż energia wiązania pary, para rozpadła by się.
" gdyby 1 elektron uległ rozproszeniu wartość jego pędu wyniosłaby
K+P+Q i nie mógł by korelować z elektronem o pędzie -K+P " Krytyczna gęstość prądu jest to gęstość, która powoduje
wyjście ze stanu nadprzewodzenia.
" para uległaby rozerwaniu a energia układu wzrosłaby o 2"
" elektrony będące w parach nie biorą więc udziału w rozpraszaniu
- poruszajÄ… siÄ™ bez oporu!
Kwantowanie pola magnetycznego
- wzbudzenie prądu w pierścieniu nadprzewodnikowym
- pierścień wraz z prądem, który w nim płynie jest układem
stacjonarnym, czyli trwałym w czasie.
Kwantowanie pola magnetycznego
Zjawisko Meissnera
- w pierścieniu istnieją tylko dyskretne stany prądowe, określone
przez skwantowanie strumienia magnetycznego
- zjawisko Meissnera - linie pola magnetycznego zawsze
omijajÄ… nadprzewodnik (1933)
- kwanty strumienia pola magnetycznego nazywamy
- nadprzewodnik wypycha ze swojej objętości linie pola
magnetycznego, B = 0
FLUKSONAMI
- jeden kwant jest równy Ć = h/2e - nadprzewodniki są doskonałymi diamagnetykami
- 1 flukson oznacza, że gęstość strumienia magnetycznego w
otworze o średnicy 1 mm jest rzedu 10-9 T, czyli około sto
tysięcy razy mniej niż gęstość strumienia pola Ziemi
3
PrÄ…dy Meissnera
Zjawisko Meissnera
Gdy nadprzewodnik jest w polu magnetycznym na jego
powierzchni wytwarzają się stałe prądy, które wytwarzają
własne pole magnatyczne kompensujące pole pierwotne.
PrÄ…dy te nazywamy prÄ…dami Meissnera
Linie pola magnetycznego
omijajÄ… nadprzewodnik
Głębokość wnikania
Odpychanie nadprzewodnika
diamagnetyzm powoduje wypychanie z obszaru najsilniejszego
- prąd Meissnera płynie po powierzchni nadprzewodnika
pola magnetycznego
- indukcja magnetyczna maleje wykładniczo wraz ze wzrostem
odległości od powierzchni
B(x)=B(0)e-´/x
- głębokość wnikania zależy od temperatury i od czystości stopu
- dla czystych metali ´0 = 10-6 cm
- dla niektórych stopów nawet o dwa rzędy wielkości więcej
Krytyczne pole magnetyczne
Nadprzewodniki wysokotemperaturowe
Jeżeli natężenie pola magnetycznego jest za duże, to
nadprzewodnictwo zanika 1986 - Georg Bednorz i Alex Müller Ba-La-Cu-O
Ba0,75La4,25Cu5O5(3-y) 30 K
YBa2Cu3O7-x 95 K
HgBa2Can-1CunO2n+3 135 K
Krzywa Hk(T) jest
krzywą równowagi
1991 fullereny z domieszkÄ… potasu K3C60
fazowej.
Brak teorii objaśniającej działanie nadprzewodników
Oznacza to, że mogą
wysokotemperaturowych
istnieć obie fazy
jednocześnie.
Pary Coopera - nadprzewodnictwo dziurowe
4
Nadprzewodniki wysokotemperaturowe
Zastosowania
" elektromagnesy nadprzewodzÄ…ce 6 --> 17 T
" maszyny elektryczne
YBa2Cu3O7-x
" pociÄ…gi na poduszkach magnetycznych
" nadprzewodnikowe linie przesyłowe
płaszczyzny
" łożyska beztarciowe
tlenowo-
" ekrany magnetyczne
miedziowe
" elementy komputerów
Zastosowania
5


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Program wykładu Fizyka II 14 15
SIMR Fizyka2 13 14 punkty z kartkówek
SIMR Fizyka2 13 14 punktacja
pawlikowski, fizyka, szczególna teoria względności
T 14
Heller Czy fizyka jest naukÄ… humanistycznÄ…
Rzym 5 w 12,14 CZY WIERZYSZ EWOLUCJI
ustawa o umowach miedzynarodowych 14 00
990425 14

więcej podobnych podstron