Сверхпроводимость микроскопическая теория

Микроскопическая теория сверхпроводимости была создана только в 1957 г., т. е. почти 50 лет обнаруженное Камерлинг-Онне-сом явление оставалось загадкой. За это время были изучены многие свойства сверхпроводников. Перечислим кратко наиболее важные из них. [c.263]

Двухжидкостная модель-). Хотя полное объяснение свойств теплопроводности сверхпроводников может быть дано только на основе детальной микроскопической теории сверхпроводимости, однако для качественных заключений можно воспользоваться двухжидкостной моделью ), которая, хотя и не объясняет явления, служит удобной схемой для описания сверхпроводников и, по-видимому, в дальнейшем будет подтверждена последовательной микроскопической теорией. [c.295]

В последнее время благодаря работам Бардина, Купера, Шриффера и Боголюбова [1 —3] (а также [4]) был достигнут значительный прогресс в изучении явления сверхпроводимости, в результате чего была создана микроскопическая теория сверхпроводимости. Эта теория базируется на эффекте, обнаруженном Л. Купером [1]. [c.885]

Это притяжение в принципе может привести к образованию связанного состояния двух электронов, т.е. может произойти спаривание электронов. Пара электронов обладает целочисленным спином и, следовательно, может испытывать Бозе-конден-сацию. Бозе-конденсат из спаренных электронов составляет сверхтекучую компоненту электронной жидкости. Другими словами, спаривание электронов является результатом электрон-фононного взаимодействия. Идея о спаривании электронов и образовании пар электронов ( куперовских пар ) была выдвинута Купером в 1956 г., а микроскопическая теория сверхпроводимости, основанная на идее Бозе-конденсации куперовских пар, была разработана в 1957 г. Бардиным, Купером и Шри( )фером (теория БКШ). Следует отметить, что сама по себе идея о решают,ей роли электрон-фо-нонного взаимодействия для образования сверхпроводящего состояния была известна за несколько лет до этих работ. Было отмечено, что хорошие проводники типа щелочных и благородных металлов никогда не бывают сверхпроводниками, а такие плохие проводники, как свинец, ртуть, олово, цинк, ниобий, становятся сверх-проводимыми. О прямой связи сверхпроводимости с колебаниями решетки свидетельствует также изотопический эффект [c.372]

Справедливость этого предположения можно доказать на основе микроскопической теории сверхпроводимости. Скорость возбуждений оказывается иной. — Прим., ред. [c.246]

Нелишне подчеркнуть, что явление сверхпроводимости — это не просто один из многочисленных эффектов физики твердого тела, а, без преувеличения, ярчайший физический феномен, в котором квантовые закономерности проявляются в макроскопическом масштабе. Соответственно, и теория сверхпроводимости — это не просто одна из рядовых твердотельных моделей, а фундаментальная физическая теория, основанная на глубоких и весьма общих идеях, уже нашедших себе применение в других разделах теории твердого тела, в теории атомного ядра, в теоретической астрофизике. Недаром появления микроскопической теории сверхпроводимости пришлось ожидать несколько десятилетий. [c.173]

Развитию микроскопической теории предшествовало создание феноменологических двухжидкостных моделей. Эти модели —особенно модель Гортера —Казимира [153] и модель Гинзбурга — Ландау [154] сыграли чрезвычайно важную роль, заложив основу нашего современного понимания сверхпроводимости. [c.280]

Чтобы показать, что нормальное состояние электронного газа неустойчиво, достаточно найти хотя бы какое-нибудь состояние с энергией, меньшей энергии нормального состояния. На нестабильность нашей модельной системы указывает возможность возникновения куперовских пар. Теперь же мы хотим найти основное состояние всей системы. Эта задача приближенно решается микроскопической теорией сверхпроводимости. [c.561]

Хотя уравнения Гинзбурга — Ландау и можно вывести из микроскопической теории, они предшествовали ей и ее следует считать самостоятельным разделом теории сверхпроводимости. Далее, при изучении сложных ситуаций с помощью теории Гинзбурга—Ландау результаты в большинстве случаев выражаются через такие параметры, которые непосредственно следуют из эксперимента, а не из микроскопической теории. Поэтому на практике она часто используется как самостоятельная теория, и именно с этой точки зрения будут рассматриваться здесь ее приложения. [c.593]

Существование связи между микроскопической и феноменологической теориями дает как понимание сверхпроводимости, так и методы вычисления параметров теории из первых принципов. Поэтому в некоторых местах окажется полезным обращаться к результатам микроскопической теории. [c.593]

Теория сверхпроводимости весьма обширна и в высшей степени специфична. Как и другие теории, которые мы рассматривали в этой книге, она основана на нерелятивистской квантовой механике электронов и ионов, но при более глубоком подходе ее сходство с остальными изученными нами моделями и теориями быстро уменьшается. Микроскопическую теорию сверхпроводимости нельзя изложить, пользуясь представлениями приближения независимых электронов. В теории сверхпроводимости даже сравнительно элементарные расчеты на микроскопическом уровне требуют весьма специфического математического аппарата (методов квантовой теории поля). Хотя в принципе эти методы не сложнее обычных методов квантовой механики, тем не менее, для того чтобы применять их уверенно и с пониманием, необходима значительная практика. [c.342]

Микроскопическая теория сверхпроводимости была построена Бардином, Купером и Шриффером в 1957 г. ) В обзоре общего характера, подобном нашему, нет возможности развить формализм, необходимый для адекватного описания их теории, а можно только рассмотреть на качественном уровне физические принципы, лежащие в основе теории, а также ее основные результаты. [c.353]

Несмотря на то что теория Гинзбурга — Ландау, получившая дальнейшее развитие в работах А. А. Абрикосова, описывала многие свойства сверхпроводников, она не могла дать понимания явления сверхпроводимости на микроскопическом уровне. [c.266]

Только в 1957 г. Дж. Бардин, Л. Купер и Дж. Шриффер опубликовали теорию (теорию БКШ), раскрывшую микроскопический механизм сверхпроводимости. Большой вклад в создание и развитие теории сверхпроводимости внесли Н. Н. Боголюбов и [c.266]

Переходя к изложению глав 3,4, посвященных исследованию пластической деформации и разрушения, следует отметить, что несмотря на значительные усилия, последовательная картина, позволяющая представить эти процессы на масштабах от микроскопического до макроскопического, до последнего времени отсутствует. Причина отставания в объяснении деформации и разрушения, кажущихся намного проще таких явлений как сверхпроводимость и сверхтекучесть, состоит в том, что для последних хорошо определены элементарные носители явления (конденсат куперовских пар и атомов Не ), тогда как для первых их представление приводит к весьма трудной задаче. Так, например, совершенно неприемлемо рассматривать процесс сверхпластичности как сверхтекучесть дефектов кристаллической среды. Это связано с многообразием механизмов сверхпластичности и отсутствием последовательной микроскопической картины, позволяющей описать носители деформации. Таким образом, требуется развить микроскопическое описание дефектов кристаллической структуры, которое позволило бы представить не только упругое поле, но и характер нарушения межатомных связей в области ядер. Такая программа реализована в 1 главы 3, 2 главы 4. Другая особенность реальной структуры состоит в том, что в ходе своей эволюции различные дефекты испытывают не только взаимодействие, но и попадают в иерархическое соподчинение друг к другу дислокации выстраиваются в малоугловые стенки, вакансии образуют дислокационные петли и т. д. Установление иерархической связи проявляется как качественная перестройка в поведении системы дефектов, которая выражается в появлении нового структурного уровня. Соответствующая теория изложена в 5 главы 3. [c.11]

Первая попытка построить электродинамику сверхпроводников была предпринята Ф. Лондоном и Г. Лондоном в 1935 г. [149]. Эта теория имела целью, не вникая в микроскопические причины сверхпроводимости, записать в математической форме основные экспериментальные факты отсутствие сопротивления и эффект Мейснера. [c.284]

Микроскопические теории. Теория Блоха, которая предполагает, что каждый электрон движется независимо в поле с периодическим потенциалом, обусловленным ионами и некоторой средней плотностью зарядов валентных электронов, дает хорошее качественное и в некоторых случаях количественное объяснение электрических свойств нормальных металлов, но оказывается не в состоянии объяснить сверхпроводимость. В большинстве попыток дать микроскопическую теорию сверхпроводимости учитывались взаимодействия, не входящие в теорию Блоха, а именно корреляция между положениями электронов, обусловленная кулоновским взаимодействием, магнитные взаимодействия между электронами и взаимодействия между электронами и фонопами. Хотя все эти взаимодействия, несомненно, должны учитываться полной Teopneii, изотопический эффект свидетельствует [c.752]

Гейзенберга микроскопическая теории сверхпроводимости 752 1 ейландта ожижитель воздуха 84 Гелий 21, 42, 44, 46, 47, 50—52, 54, 59, 70, 98,105, 108, 125—127, 129, 130--J32, 134, 142, 143, J46, 148, 150, 151, 155, 164, 183, 423 [c.927]

Природа сверхпроводимости. Несмотря на больщие усилия, затраченные многими исследователями на изучение сверхпроводимости, ее физическая природа была понята лишь в 1957 г. с созданием Бардиным, Купером и Шриффером микроскопической теории этого явления, получившей впоследствии название БКШ теории. В основе ее лежит представление, что между электронами проводимости металла могут действовать силы притяжения, возникающие вследствие поляризации ими кристаллической решетки. [c.198]

Сказанное в полной мере относится и к теории сверхпроводимости. Квантовополевые методы сыграли важную роль в создании микроскопической теории сверхпроводимости (методы Боголюбова, Горькова-Намбу) и, особенно, в ее дальнейшем развитии ([4, 8]). Сегодня трудно найти статью или монографию по соответствующей тематике, где не встречались бы диаграммы Фейнмана, функции Г рина и т. п. [c.175]

Для преодоления этих трудностей избран компромиссный вариант. В книге подробно изложены два основных метода микроскопическая теория на основе метода Боголюбова и теория Гинзбурга и Ландау, позволяющая описать поведение сверхпроводников близи критической температуры. На основе этих методов удается дать количественное описание многих важных свойств сверхпроводников термодинамических характеристик, линейной электродинамики, некоторых вопросов кинетики, теории критических свойств тонких пленок, сверхпроводимости 2-го рода, парапроводимости, теории туннельного контакта, эффекта Джозефсона и т. п. Но есть и другие явления, которые требуют весьма изощренных методов и громоздких вычислений, в то же время они представляют существенный физический интерес. В этих случаях дано качественное описание, сопровождаемое простыми оценками. Автор надеется, что для тех читателей, которые захотят более детально ознакомиться с отдельными вопросами теории сверхпроводимости, эта книга будет полезна в качестве путеводителя. [c.8]

Микроскопическая теория сверхпроводимости была построена Бардином, Купером и Шрифером [150] и независимо от них Боголюбовым в 1957 г. [151, 152]. Естественно задаться вопросом, почему понадобилось целых 46 лет с момента открытия сверхпроводимости для того, чтобы понять это явление. Ведь наука не стоила на месте был накоплен большой экспериментальный материал, существовала теория, изложенная в гл. I, и многое другое. [c.287]

В 1950 г., т. е. еще до создания микроскопической теории сверхпроводимости БКШ. Гинзбург и Ландау предложили теорию (ГЛ) [192], которая описывала свойства сверхпроводников вблизи Тс, эта теория успешно справилась с трудностями лондоновской электродинамики, например, объяснила происхождение положительной поверхностной энергии 0 ,. Уравнения этой теории были выведены на основе идей теории фазовых переходов 2-го рода Ландау (Приложение 2). [c.333]

Сверхпроводящее состояние некоторых металлов было открыто Камерлинг —Оннесом в 1911 г. Природа этого замечательного явления долгое время оставалась неясной. Только в 1950 г. Фрелих [144] обосновал предположение, что объяснение этого явления следует искать на пути исследования электрон-фононного взаимодействия. Микроскопическая теория сверхпроводимости была создана в пятидесятых годах работами Бардина, Купера и-Шриффера [145—147] и Боголюбова [148, 149]. Явление сверхпроводимости представляет собой замечательный пример, проявления квантовых эффектов в макроскопическом масштабе [150]. [c.278]

В предыдущем разделе при обсуждении электрон-фононного взаимодействия мы задавали смещения атомов решетки и затем вычисляли возникающий потенциал, действующий на электроны. Это составляет основу классического рассмотрения колебаний решетки. Когда мы вычисляли вклад колебаний решетки в удельную теплоемкость, оказалось, что удобно и даже необходимо про-квантовать гамильтониан, полученный в рамках классического подхода. Также удобно, а иногда и необходимо провести аналогичное квантовомеханическое рассмотрение электрон-( юнонного взаимодействия. В частности, это необходимо для построения микроскопической теории сверхпроводимости. Поэтому мы сейчас проведем последовательное квантовомеханическое описание электронных и колебательных состояний системы, включая электрон-фононное взаимодействие. [c.446]

При замене электрон-фононного взаимодействия на это эффективное взаимодействие мы, разумеется, пренебрегаем многими членами в гамильтониане. В частности, мы рассматривали лишь переходы между состояниями, в которых отсутствуют фононы. В теории сверхпроводимости отбрасываются многие члены в гамильтониане и оставляются лишь те, которые существенно необходимы. Для построения микроскопической теории сверхпроводимости важны, как будет показано ниже, именно те члены, которые можно получить из найденного выше оператора взаимодействия Уе1е1- Важной особенностью этих членов является то, что для электронов вблизи поверхности Ферми разность энергий, входящая в знаменатель выражения (4.58), мала по сравнению с йш, и матричные элементы е1е оказываются отрицательными. Поэтому между такими электронами существует притяжение, которое может привести к нестабильности нормального состояния металла. Если это действительно происходит, то образуется новое сверхпроводящее состояние металла. [c.474]

Можно указать три основные монографии, посвященные сверхпроводимости. Книга Риккайзена НИ наиболее близка к тому, как этот вопрос излагается здесь. Книга Шриффера [121 носит несколько более формальный характер и содержит главным образом изложение основ микроскопической теории. В монографию Де Жена [131 включены многочисленные приложения, опирающиеся на широкое использование феноменологической теории. [c.556]

Сначала мы сосредоточим внимание на микроскопической теории сверхпроводимости, следуя при этом работе Бардина, Купера и Шриффера [14]. Теперь хорошо известно, что сверхпроводящее состояние возникает вследствие взаимодействия электронов с колебаниями кристаллической решетки металлов. Эго, однако, не следовало с очевидностью из ранних экспериментов по сверхпроводимости. Сверхпроводящее состояние впервые было обнаружено еще в 1911 г., но лишь в 1950 г. Фрейлих обратил внимание на то, что здесь замешано электрон-фононное взаимодействие. Примерно в то же время экспериментально был найден изотопический эффект, состоящий в зависимости температуры перехода в сверхпроводящее состояние от изотопической массы ядер металла, что подтвердило высказанные Фрейлихом соображения. Ранние попытки Бардина и Фрейлиха получить сверхпроводимость на основе этого взаимодействия не были успешными. Сверхпроводящее состояние они пытались получить по теории возмущений, исходя из нормального основного состояния металла. Теперь стало ясно, что получить сверхпроводимость таким путем невозможно. [c.556]

Примерно за семь лет до появления теории БКШ Гинзбург и Ландау предложили феноменологическую теорию сверхпроводимости [23]. Она была мало известна на Западе и не давала возможности понять микроскопический механизм сверхпроводимости, поискам которого уделялось много сил. В течение первых нескольких лет после появления микроскопической теории БКШ практически все теоретические работы на Западе основывались на этой теории, а (йльшая часть экспериментов была направлена на исследование различных ее предсказаний. Когда же вопрос о корректности микроскопической теории перестал вызывать сомнения, внимание привлекли неоднородные системы и те сверхпроводники, для которых такая теория в простейшей форме была неприменима. На этом этапе большинство теоретических исследований и, по-видимому, все работы, посвященные интерпретации экспериментальных данных, в качестве основы использовали феноменологическую теорию. [c.587]

Имеются две фундаментальные монографии Лондона [4] и Шенберга [5], касающиеся феноменологической теории. Кратки обзор основных вопросов дан в книге Линтона [3]. Микроскопическая теория изложена в книге Шриффера [6] и в последней главе книги Абрикосова, Горькова и Дзялошинского [7]. Детальный обзор теоретических аспектов сверхпроводимости имеется в книге Рикайзена [8] несколько менее подробно эти вопросы рассмотрены в книге Де Жена [9]. Обзор всех аспектов сверхпроводимости, как экспериментальных, так и теоретических, написанный многими ведущими специалистами в этой области, содернштся в книге [2]. [c.342]

Нельзя не отметить, наконец, что приведенная модель взаимодействия позволила Боголюбову в 1958 г. построить микроскопическую теорию сверхпроводимости. Согласно этой теории элекгрон-фононное взаимодействие индуцирует взаимодействие электронов (типа притяжения) через поле фононов, и эти корреляции электронов приводят к качественной перестройке как структуры основного состояния (пропадает резкая фаница Ферми), так и возбуждений (возбуждаются не частицы, а коррелированные пары электронов), отделенных от основного состояния энергетической шелью. Но все это уже из области квантовой статистики, которая в нашу профамму не входит. [c.344]

Основные уравнения этой теории были впоследствии получены иа микроскопическом уровне Горьковым. В ее теперешней (развитой далее Абрикосовым) форме теория Гинзбурга, Ландау, Абрикосова, Горькова получила название теории ГЛАГ. Она стала основой большой части современной теории сверхпроводимости, которую мы в рамках этой книги рассматривать не можем. Для ознакомления с ней см. [112—116]. Преимущества такого способа описания выступают при исследовании систем, в которых параметр порядка меняется от точки к точке. Теория характеризуется еще одним важным параметром — отношением глубины проникновения к длине когерентности, = При изложении теории БКШ мы всегда ограничивались рассмотрением бесконечно протяженных однородных систем, поэтому длина когерентности у нас не фигурировала. [c.341]

НОЙ комбинации (4.31) содержатся члены с различными занченнями числа частиц, то среднее значение оператора 1 з (г ) 1 ) (г) может и не обращаться в нуль. Прн обсуждении сверхпроводимости мы увидим, что в сверхпроводящем основном состоянии число частиц обычно не определено и поэтому среднее значение рассматриваемого произведения операторов по этому состоянию не равно нулю. Таким образом, прн использовании приближения самосогласованного поля в теории сверхпроводимости появляется дополнительный микроскопический параметр <1 з (г)1 з (г)), который играет примерно такую же роль, какую играет электронная плотность в приближении Хартри. В нормальных (т. е. не сверхпроводящих) твердых телах в приближении самосогласованного поля имеются лищь прямые и обменные члены, полученные выще. [c.456]

Весьма удачно, что данная книга заканчивается именно этим схематичным и, к величайшему нашему сожалению, очень неполным обзором сверхпроводимости. Плодотворные и весьма оригинальные теории, как микроскопические, так и феноменологические, которые были успешно созданы за последние два десятилетия для объяснения явления сверхпроводимости, показывают, что современная теория твердого тела имеет здоровую основу и обещает успехи в будущем. 1Тесмотря на новизну, а иногда и на предельную сложность концепций, на которой основана теория сверхпроводимости, нельзя забывать, что она покоится на обширном фундаменте, включающем в себя почти все основные области теории твердого тела, которые мы рассматривали в предыдущих главах. Ни в одной из других областей два фундаментальных направления физики твердого тела—динамика электронов и теория колебаний ионной решетки — не переплетаются так сильно и не приводят к столь эффектным следствиям. [c.367]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...