ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Общие свойства сверхпроводников из "Основы теории металлов " В предыдущей части были рассмотрены различные механизмы электрического сопротивления. Одни из них дают постепенное уменьшение сопротивления с температурой, другие приводят к постоянному значению или даже возрастанию сопротивления при самых низких температурах. Однако в 1911 г. голландский физик Камерлинг-Оннес [134], изучая температурную зависимость сопротивления ртути, обнаружил, что оно внезапно исчезает при температуре около 4 К. Вскоре после этого те же свойства были найдены и у некоторых других металлов. Новое явление получило название сверхпроводимость , а соответствующие металлы стали называться сверхпроводниками . [c.272] Температура, при которой исчезает сопротивление, называемая критической, весьма различна у разных сверхпроводников. Наибольшую критичес1 ю температуру из чистых металлов имеет ниобий Т, =9,2Ъ К, наименьшая найдена у вольфрама Т = = 0,0154 К. Хотя все это низкие температуры, но в действительности их диапазон очень велик, ибо крайние значения отличаются почти в тысячу раз. [c.272] В дальнейшем мы будем говорить о практических применениях сверхпроводников. Уже теперь они довольно многообразны. Но их было бы неизмеримо больше, если бы удалось повысить критическую температуру хотя бы до 77 К, т. е. температуры кипения жидкого азота. В настоящее время самая высокая критическая температура достигнута у пленок соединения МЬ Ое Те = 23 К. Мы обсудим ниже происхождение критической температуры и надежды на ее повышение. [c.272] Разрушение сверхпроводимости имеет место и при прохождении сильного электрического тока. Если сверхпроводник не слишком тонкий (см. ниже), то критический ток, при котором возникает сопротивление, удовлетворяет правилу Силычи [136] магнитное поле, создаваемое критическим током на поверхности сверхпроводника, должно равняться Н . [c.273] Одним из основных свойств сверхпроводников является так называемый эффект Мейснера (Мейснер и Оксенфельд, 1933) [137]. Если поместить металл в магнитное поле, меньшее Н , то при переходе в сверхпроводящее состояние поле выталкивается из сверхпроводника, т. е. в сверхпроводнике истинное поле В=0 (напомним, что магнитная индукция В есть среднее микроскопическое поле) ). Это изображено на рис. 15.1 а—сверхпроводник, б—нормальный металл. [c.273] Более детальные исследования обнаружили, что магнитное поле равно нулю лишь в толще массивного образца. В тонком поверхностном слое поле постепенно уменьшается от заданного значения на поверхности до нуля. Толщина этого слоя, называемая глубиной проникновения (б), обычно порядка 10 —10 см. [c.273] При помещении сверхпроводника во внешнее магнитное поле в поверхностном слое появляется незатухающий ток, который создает свое собственное поле, полностью компенсирующее внешнее поле внутри сверхпроводника. [c.273] Проще всего это проследить на примере цилиндра в продольном магнитном поле. Представим себе соленоид с током 1.13нутри соленоида создается магнитное поле Н = 4л1с)1п, где п—число витков спирали, приходящееся на 1 см длины. Вместо 1п можно написать J—ток, приходящийся на 1 см длины соленоида. Если поместить сверхпроводящий цилиндр в поле Н, то в поверхностном слое потечет ток J = H Aл), направленный так, чтобы создаваемое им поле компенсировало внешнее поле Н. [c.273] Теперь следует сказать о термодинамическом характере перехода металла из сверхпроводящего в нормальное состояние. Экспериментально обнаружено, что если переход совершается при Я = 0, т. е. при Т = Т , то это фазовый переход 2-го рода (см. Приложение 2). При этом переходе не поглощается скрытая теплота перехода, но зато имеет место скачок теплоемкости. Если же переход осуществляется при НфО,т. е. при Т Т , то это переход 1-го рода, при котором поглощается теплота перехода. [c.274] Такое изменение характера перехода можно связать с поведением глубины проникновения. При Г — Г, б — оо, и сверхпроводник в точке перехода ничем не отличается от нормального металла (по отношению к проникновению бесконечно слабого поля). Следовательно, величина, которая может служить характеристикой степени отличия сверхпроводника от нормального металла, меняется непрерывно, и следует ожидать, что переход будет 2-го рода. Если же переход происходит в конечном магнитном поле, то имеет место скачкообразное изменение б от конечного значения в сверхпроводящей фазе до бесконечного в нормальной (в нормальный металл поле проникает полностью, т. е. формально б=оо). [c.274] Непрерывность изменения б при свидетельствует о том, что состояние электронной жидкости в металле меняется непрерывно. [c.274] Об этом же говорят и измерения теплопроводности. [c.274] В части I книги отмечалось, что обычно в теплопроводности металла основную роль играют электроны. Но обращение в нуль сопротивления могло бы свидетельствовать о том, что электроны перестают взаимодействовать с кристаллической решеткой и, следовательно, неспособны участвовать в теплопроводности. В таком случае полный коэффициент теплопроводности в точке перехода должен был бы уменьшаться скачком до значения, определяемого одними фононами. Этого не происходит. При Т = Т х меняется непрерывно. [c.274] Это означает, что возбужденные состояния электронной системы отделены от основного энергетической щелью , как в полупроводнике. С другой стороны, сверхпроводник по своим электрическим свойствам очень сильно отличается от полупроводника. [c.274] Вернуться к основной статье