Переход металлов в сверхпроводящее состояние

Если гетерогенная система не находится в состоянии равновесия, то в ней возможен переход из одной фазы в другую, например, переход вещества из жидкого состояния в твердое или газообразное, переход из одной кристаллической формы в другую. К фазовым превращениям относятся и такие явления, как переход вещества из ферромагнитного состояния в парамагнитное, переход металлов в сверхпроводящее состояние, переход из неупорядоченного состояния в металлических сплавах твердых растворов в упорядоченное состояние, переход гелия I в гелий II. [c.175]

По Эренфесту, к фазовым переходам I рода (по традиции род перехода обозначается римскими цифрами) относятся превращения, сопровождающиеся скачками энергии и энтропии. При переходах П рода энергия и энтропия остаются плавными функциями, зато скачок испытывают теплоемкость и некоторые другие термодинамические величины. Типичными примерами переходов I рода являются плавление, полиморфные превращения, сублимация, П рода —магнитные переходы, переход металла в сверхпроводящее состояние. Атомное упорядочение может идти по обоим механизмам, хотя в подавляющем большинстве случаев предпочитает все-таки переход I рода (Р-ла-тунь — одно из редких исключений). [c.190]

Измерение теплоемкости при переходе металла в сверхпроводящее состояние. Когда по каким-либо причинам невозможно определить критическую температуру перехода,образца из нормального в сверхпроводящее состояние прямым. методом, проводят измерения теплоемкости. На рис. 17.22 приведена зависимость теплоемкости олова от температуры. Скачок конечной величины на кривой С Т) соответствует превращению 2-го рода, каким и является переход в сверхпроводящее состояние (критическая температура для олова 3,7 К [c.287]

Сверхпроводящие свойства имеют многие сплавы со структурой упорядоченных твердых растворов и промежуточных фаз (ст-фаза, фаза Ла-веса и т.д.). При обычных температурах эти вещества не обладают высокой проводимостью. Переход металла в сверхпроводящее состояние связывают с фазовым превращением. Повое фазовое состояние характеризуется тем, что свободные электроны перестают взаимодействовать [c.579]

Измерение теплоемкости при переходе металла в сверхпроводящее состояние. В тех случаях, когда по каким-либо причинам нельзя определить критическую температуру перехода образца из нормального в сверхпроводящее состояние, а также для решения вопроса о том, является в данном случае переход превращением первого или второго рода, проводят измерение теплоемкости. На рис. 9.18 приведены температурные зависимости теплоемкости галлия в нормальном и сверхпроводящем состоянии. Р1з рисунка следует, что переход является превращением первого рода, так как имеется разрыв на кривой зависимости теплоемкости от температуры. [c.65]

В металлах и сплавах С. з. существенно зависит от обработки, к-рой был подвергнут металл прокат, ковка, отжиг и т. п. Частично это явление связано с дислокациями, наличие к-рых также влияет на С. з. (в табл. 3 даны наибольшие и наименьшие значения по данным литературы). В металлах, как правило, С. з. уменьшается с ростом темп-ры. При переходе металла в сверхпроводящее состояние этот характер зависимости меняется в точке перехода изменяется зн-ак величины да дТ. В сильных магнитных полях проявляются нек-рые тонкие эффекты в зависимости С. з. от магнитного поля, к-рые отражают особенности поведения электронов в монокристалле металла. Так, при распространении звука по нек-рым направлениям в кристалле появляются осцилляции С. 3. как функции магнитного поля. Измерения зависимости С. 3. от магнитного поля являются чувствительным методом исследования внутренней структуры металлов. [c.328]

Фазовые переходы второго рода — фазовые переходы, не сопровождающиеся тепловым эффектом и 1гз-менением объема. Пример — переходы некоторых металлов в сверхпроводящее состояние. [c.204]

В процессе конденсации, не способны переносить энергию и взаимодействовать с фононами. Если фононная компонента теплопроводности в нормальном состоянии пренебрежимо мала, то ниже температуры перехода теплопроводность металла в сверхпроводящем состоянии меньшая, чем в нормальном состоянии. (Значение теплопроводности в нормальном состоянии устанавливается либо с помощью экстраполяции от области более высоких температур, либо путем измерения в магнитном поле, достаточном для разрушения сверхпроводимости.) Уменьшение теплопроводности происходит вследствие уменьшения эффективного числа электронов, которое главным образом определяет электронную теплопроводность. [c.246]

Магнитное поле в объеме сверхпроводников при температурах ниже критической равно нулю. Металл становится диамагнетиком — материалом, приобретающим во внешнем магнитном поле магнитный момент, направленный против намагничивающего поля. Поэтому при переходе материала в сверхпроводящее состояние внешнее магнитное поле выталкивается из его объема и остается лишь в тонком поверхностном слое толщиной около 10" мм. Это явление называется эффектом Мейснера. [c.827]

В нормальном состоянии эти дефекты решетки обусловливают так называемое остаточное сопротивление металла. В сверхпроводящем состоянии примеси играют новую роль. Как мы уже указывали, в сверхпроводнике взаимодействие между электронами приводит к установлению определенной пространственной корреляции между ними. В частности, зависимость тех или иных гриновских функций в координатном представлении от своих пространственных аргументов на расстоянии порядка (эффективный размер пары) существенно меняется с переходом металла из нормального [c.421]

Температура перехода некоторых металлов в сверхпроводящее состояние [c.116]

Кристаллическая структура. Можно было предполагать, что переход в сверхпроводящее состояние связан с какими-то изменениями кристаллической структуры. Однако изучение кристаллической структуры сверхпроводников рентгеновскими методами показало, что при понижении температуры металла ниже Тс не происходит никаких изменений ни в симметрии решетки, ни в ее параметрах. Более того, было установлено, что свойства твердого тела, зависящие от колебаний кристаллической решетки, также остаются неизменными. Например, температура Дебая и решеточный вклад в теплоемкость — одни и те же в нормальной и сверхпроводящей фазах. Все это позволило сделать вывод, что сверхпроводимость не связана с какими-либо изменениями кристаллической структуры. [c.263]

Многие аморфные металлические сплавы при низких температурах переходят в сверхпроводящее состояние. Исследование их сверхпроводящих свойств представляют большой интерес как с точки зрения развития теории сверхпроводимости, так и с точки зрения технических применений. Температура сверхпроводящего перехода (Тс) для аморфных металлов обычно ниже, чем для соответ- [c.373]

Критическая температура сверхпроводящего перехода— значение температуры, при котором металл переходит в сверхпроводящее состояние. [c.282]

При низкой температуре теплоемкость С металлов пропорциональна температуре. Если металл переходит в сверхпроводящее состояние, то его теплоемкость Q пропорциональна кубу температуры. Показать, что при критической температуре С = ЪС . [c.254]

Кроме кристаллов фазовый переход второго рода наблюдается в жидком гелии вблизи абсолютного нуля. Фазовым переходом второго рода являются также переход железа в парамагнитное состояние в точке Кюри и переход некоторых металлов и сплавов при низких температурах в сверхпроводящее состояние. С формальной точки зрения можно также считать фазовым переходом второго рода превращение жидкой фазы в газообразную или, наоборот, в критической точке, поскольку в критическом состоянии [c.142]

Рассеяние на магнитных примесях приводит к логарифмически возрастающей с уменьшением температуры добавке к сопротивлению — эффекту Кондо, что используется в термометрии. Некоторые металлы при низких температурах переходят в сверхпроводящее состояние. Минимально возможная длина пробега (порядка межатомных расстояний) определяет максимальное металлическое удельное сопротивление р х 0,2- 10 Ом-см а — межатомное расстояние). [c.438]

При очень низких температурах (вблизи Т 0) некоторые из металлов переходят в сверхпроводящее состояние, т. е. о обращается в бесконечность. Предположим, что температура второго спая Tj ниже температуры перехода обоих контактирующих металлов в сверхпроводящее состояние, а температура первого спая Г, стремится к температуре сверхпроводящего перехода того из металлов, у которого эта температура наинизшая. Так как Я и 7q имеют конечное значение, член (otfT) у спая с температурой Tj при достижении температуры сверхпроводящего перехода также должен быть конечен. Однако о при температурах ниже перехода в сверхпроводящее состояние бесконечно. Поэтому член aefT будет конечен только в том случае, когда 87 равно нулю. Таким образом, при переходе металла в сверхпроводящее состояние дифференциальная термо-ЭДС обращается в нуль. Эти результаты подтверждаются экспериментально и представляют собой термодинамическое истолкование описанного экспериментального факта. Из условия (oef Т) Ф сю при о = оо можно заключить, что, если о возрастает по мере приближения к температуре сверхпроводящего перехода как (Г — ТсУ , то Еу убывает как Т — Тс)", причем 2п > п. [c.175]

В неидеальном Ф.-г., как и в идеальном, граничный импульс Ферми Pf соответствует скачку на ферми-поверх-ности в ф-ции распределения фермн-частиц по импульсам. Импульс Pf разделяет элементарные возбуждения типа электрона вне сферы Ферми и дырки внутри её. Величина скачка уменьшается вследствие взаимодействия между частицами, но его положение не меняется. Притяжение может существенно изменить ф-цию распределения элементарных возбуждений благодаря возникновению связанных состояний, напр, коррелированных пар электронов при фазовом переходе металла в сверхпроводящее состояние (см. Купера эффект). [c.282]

В качестве примера теории неидеального Ф.-г. рассмотрим явление сверхпроводимости на основе Бардина — Купера— Шриффера модели (БКШ модели).В сверхпроводнике электроны с противоположно направленными спинами и импульсами вблизи поверхности Ферми испытывают притяжение вследствие кваЕггового обмена фононами. Если величина этого притяжения больше, чем влияние кулоновского отталкивания между электронами (уменьшенного вследствие эффекта экранирования), то возможно образование коррелированных пар электронов с противоположно направленными импульсами и спинами (т. н. куперовских пар), что является причиной перехода металла в сверхпроводящее состояние. [c.282]

Другой пример — сверхпроводящее состояние - металлов. В 1911 г. Камерлинг — Оннесом было открыто/ явление сверхпроводимости, заключающееся в том, что при некоторой определенной низкой температуре ток tio металлу проходит без выделения теплоты, т. е. омическое сопротивление его R становится равным нулю. Ртуть, например, переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 4,12° К, цинк — при 0,79° К, кадмий — при 0,6° К и т. д. В настоящее рремя сверхпроводимость обнаружена примерно у 17 металлов. Открытие сверхпроводимости имеет большое теоретическое и прикладное значение и относится также к фазовым переходам второго рода, так как согласно теории и эксперименту переход металла в сверхпроводящее состояние происходит при Д5=0, Ау=0 и при скачкообразном изменении коэффициентов а, Рт и Ср. [c.214]

В металлах и полупроводниках, кроме решёточного П. з., описанного выше, а также термоупругого и связанного с внутренним трением, имеется ещё специфич. поглощение, сбя-занное с взаимодействием ультразвука с электронами проводимости. В металлах эти эффекты становятся заметными при темп-рах ниже примерно 10 К. При переходе металла в сверхпроводящее состояние П. 3. уменьшается. При наложении магнитного поля, разрушающего сверхпроводимость, поглощение возрастает. Взаимодействие УЗ с носителями тока в полупроводнике при наличии внешнего электрич. поля может привести к появлению отрицательного П. з., т. е. к усилению ультразвука. [c.262]

При комнатных темп-рах в металлах и обычных ПП поглощение УЗ, вызванное АЭВ, незначительно по сравнению с другими видами поглощения, напр, с решёточным (фононным). Однако при темп-рах жидкого гелия вклад электронного поглощения заметно возрастает. При переходе металла в сверхпроводящее состояние электронное поглощение резко уменьшается, т. к. уменьшается вз-ствие эл-нов проводимости с крист, решёткой. Магн. поле искривляет траектории эл-нов в металлах, что сказывается на хар-ре АЭВ и приводит к ряду особенностей электронного поглощения УЗ (магнитоакустич. резонанс, квант, осцилляции и т. п.). [c.18]

Лиагональ черных клеток (граница) отделяет металлы (слева) от неметаллов. На границе и вблизи нее расположены полуметаллы. Для каждого металла приведены порядковый номер 7 тип кристаллической решетки (ОЦН-объемноцентрированная кубическая,ГЦН-гранецентриро-ванная кубическая,ПГУ-плотная гексагональная упаковка, более сложные типы решеток обозначены. .слож , (3, у... полиморфные модификации) наличие ферромагнитных (ФМ) и антиферромагнитных (АФМ)свойств значение при температуре 20°С удельного электросопротивления р (при наличии анизотропии рц и удельное электросопротивление вдоль главной кристаллографической оси и перпендикулярно ей) электроотрицательность ЭО плотность й первый потенциал ионизации / значения температуры плавления Гм и температуры /" р перехода металла в сверхпроводящее состояние. Черными штриховыми линиями отмечены острова сверхпроводимости. [c.410]

Отсутствие сопротивления в сверхпроводящем состоянии с наибольшей убедительностью демонстрируется опытами, в к-рых в сверхпроводящем кольце возбуждается ток, практически не затухающий. В одном из вариантов опьгга используются два кольца из сверхпроводящего металла. Большее из колец неподвижно закрепляется, а меньшее концентрически подвешивается на упругой нити таким образом, что когда нить не закручена, плоскости колец образуют между собой нек-рый угол. Кольца охлаждаются в присутствии магн. поля ниже темп-ры Т , после чего поле выключается. При этом в кольцах возбуждаются токи, вз-ствие между к-рыми стремится уменьшить первоначальный угол между плоскостями колец. Нить закручивается, а Наблюдаемое постоянство угла закручивания показывает, что токи в кольцах явл. незатухающими. Опыты такого рода позволили установить, что сопротивление металла в сверхпроводящем состоянии меньше, чем 10 Ом-см (сопротивление чистых образцов Си или Ад составляет ок. 10 Ом-см при темп-ре жидкого гелия). Однако сверхпроводник не явл. просто идеальным проводником. В 1933 нем. физики В. Мейснер и Р. Оксенфельд установили, что слабое магн. поле не проникает в глубь сверхпроводника независимо от того, было ли поле включено до или после перехода металла в сверхпроводящее состояние. В отличие от этого, идеальный проводник (т. е. проводник с исчезающе малым сопротивлением) должен захватывать пронизывающий его магн. поток (рис. 2, а, б, в). [c.657]

Подчеркнем следующее важное обстоятельство. Как указывалось в 7.3, если бы металлы удалось освободйть от примесей, то при приближении к абсолютному нулю их сопротивление должно было бы постепенно падать до нуля, так как бездефектная решетка, имеющая строго периодический потенциал, не способна рассеивать свободные носчтели заряда. Однако такое поведение металлов не являлось бы сверхпроводимостью, так как, в>первых, переход вещества в сверхпроводящее состояние не связан в принципе с наличием в нем примесей, во-вторых, такой переход происходит не плавно по мере понижения температуры, а скачкообразно при достижении веществом критической температуры перехода Г р. [c.197]

Ф. п. 2-го рола. Точка Ф. п. 2-го рода является особой для термодинамич, величия системы при прохождении этой точки первоначально устойчивая фаза более не соответствует никакому (даже метастабильному) минимуму свободной энергии и потому не может существовать. Явления перегрева и переохлаждения при Ф. п. 2-го рода отсутствуют. Примерами Ф. п. 2-го рода являются пе хо-ды в точке Кюри в ( рромагн. или сегнетоэлектрич. фазы, Х.-переход Hej в сверхтекучее состояние см. Сверхтекучесть), Ф. п. металлов в сверхпроводящее состояние в нулевом магн. поле. Особым видом Ф. п. 2-го рода являются критические точки системы жидкость—пар или аналогичные им критич. точки растворов. Ф. п. 2-го рода характеризуются аномальным возрастанием величин, характери- [c.272]

Таким образом, процесс перехода гранулированного металла в сверхпроводящее состояние является двухстадийным он начинается с возникновения сверхпроводящих частиц при температуре которое сопровождается аномалиями теплоемкости, магнитной восприимчивости и отклика образца на злектромагнитное поле, затем в игру вступает джозефсоновская связь, приводящая к дальнейшему уменьшению сопротивления среды до нуля при температуре Т Р-С увеличением pjv значение понижается. Обе температуры и могут существенно различаться (см. рис. 131). При достаточно большом значении pjv джозефсоновская связь разрушается, но туннелирование одиночных злектронов из частицы в частицу может осуществляться. В таком случае характер нормального сопротивления образца изменяется от металлоподобного с положительным термическим коэффициентом к активационному, показывающему отрицательный термический коэффициент (845]. [c.284]

Как установлено вычислениями методом Мб, переход в сверхпроводящее состояние системы одинаковых малых зерен, размещенных в узлах простой кубической решетки, происходит при 4000 Ом (или pN 4-10 Ом-см, когда межчастичное расстояние равно 100 А), а пик удельной теплоемкости перехода располагается при температуре, равной или несколько выше температуры исчезновения сопротивления системы Tt ) [849]. Вместе с тем указывается,, что если имеется распределение частиц по температурам перехода в сверхпроводящее состояние, то картина может измениться основная часть пика удельной теплоемкости может располагаться при более низкой температуре, чем температура резистивного перехода, как это имеет место на рис. 131. В реальных условиях вследствие флуктуаций параметра порядка, распределения частиц по размерам и разброса расстояний между сверхпроводящими зернами (флуктуации джозефсоновской связи) обе стадии перехода гранулированного металла в сверхпроводящее состояние значительно размываются. [c.284]

Фазовым превращением называют переход вещества из одного состояния в другое переход из твердого в жидкое или га- ообразное состояние, из жидкого —в газообразное, переход из дней кристаллической формы в другую затем такие, иапрнивр переходы, как переходы ферромагнитного состояния в парамагнитное, переход ряда металлов в сверхпроводящее состояние. Применение термодивамвки позволяет дать классификацию фе-еовых переходов и вывести ряд общих соотношений, к ним относящихся. [c.117]

Иа участие фононов в возникновении сверхпроводимости указывает изотопический эффект. Данные табл. 7.4 также свидетельствуют о связи сверхпроводимости с электрон-фононным взаимодействием. Чем сильнее в нормальном металле электрон-фонон-ное взаимодействие, тем меньше его проводимость. Так, например, свинец является плохим проводником, но в то же время из-за сильного электрон-фононного взаимодействия он обладает высокой (для чистых металлов) критической температурой. Благородные металлы являются прекрасными проводниками. У них слабое элек-трон-фононное взаимодействие. Они не переходят в сверхпроводящее состояние даже при самых низких температурах, достивнутых в настоящее время. [c.268]

Смита и др. [68]), которые сконструировали сверхироиодящий гальванометр, пригодный для использования в жидком гелии, и применили его для измерения термо-э. д. с. в металлах при температурах ниже 4° К. Особенно интересны измерения вблизи перехода в сверхпроводящее состояние, где термо-э. д. с. быстро стремится к нулю. Необходимая для этих измерений чувствительность по папрян ению порядка 10 й была достигнута с тангенс-гальванометром, имевшим чувствительность по току порядка 10 а, благодаря тому, что сопротивление всей цепи удалось снизить до- Ю ом. При таком малом сопротивлении цепи R необходимо, чтобы и эффективная индуктивность Ьэфф, была как можно меньше, так как в противном случае постоянная времени t=Z/эфф./Л сек окажется слишком высокой. Чтобы удовлетворить этому требованию, постоянное магнитное поле гальванометра должно быть очень мало ( 10" гаусс). [c.180]

Минимум сопротивления при низких температурах. Среди вопросов, связанных с переносом электронов в металлах, основной проблемой, требующей теоретического объяснения, до сих пор является проблема сверхпроводимости, хотя многие считают, что Фрёлиху и Бардину удалось недавно показать, в чем заключается механизм этого явления. Однако существует и другое явление, которое до сих пор также не поддается удовлетворительному теоретическому объяснению—это впервые обнаруженный примерно 20 лет назад в Лейденскогг лаборатории минимум сопротивления, который появляется при низких температурах у некоторых металлов (фиг. 41). Постепенное возрастание сопротивления с понижением температуры кажется, на первый взгляд, гораздо менее поразительным, чем внезапное исчезновение сопротивления при переходе в сверхпроводящее состояние, однако для теоретического объяснения минимума сопротивления, по-видпмому, необходим такой же новый шаг в развитии теории, который нужен для полного объяснения явления сверхпроводимости. [c.210]

Как отметил Н. В. Заварицкий, попытка связывать различие в значениях f, полученных в результате калориметрических измерений и с помощью соотношения (20.1), с характером температурной зависимости теплоемкости решетки несостоятельна, так как последняя не изменяется при переходе металла из нормального в сверхпроводящее состояние. В действительности это различие связано с экспоненциальной зависимостью теплоемкости электронов в сверхпроводнике.—Прим. ред. [c.350]

Теплопроводность. Процесс передачи тепла в металлах очень сложен. Тепловое сопротивлепие обусловливается различными процессами, относительная роль которых зависит от природы вещества, содержания примесей и температуры ). Картина становится етце более запутанной при переходе в сверхпроводящее состояние, так как этот переход по-разному влияет на различные процессы в металл(>. Однако, к счастью, возможны случаи, когда превалирует тот или другой процесс, что позволяет оцепить влияние каждого из них в отдельности. В этом разделе мы рассмотрим только такие предельные случаи. [c.662]

Кинетика фазовых переходов большие частоты. Так же как в большинстве фазовых переходов, переход между нормальной и сверхпроводящей фазами происходит с образованием зародышей и их ростом [99]. Ввиду значительных поверхностных энергий только довольно большой зародыш может быть стабильным и расти. Различные аспекты проблемы образования зародышей п их роста изучались в ряде лабораторий, этим же вопросам было посвящено несколько теоретических работ. Имеется прекрасный обзор по этим вопросам Фабера и Пиинарда ([100], гл. IX, стр. 159), в котором приведена полная библиография. Наблюдаются как переохлаждение, так и перегрев. На практике более удобно изменять магнитное поле, чем температуру, так что переохлаждение относится к металлу, остающемуся в нормальном состоянии, когда магнитное поле уменьшено до величины ниже Якр., а перегрев —к металлу, остающемуся в сверхпроводящем состоянии при поле, превышающем значение Я р.. Обычно переохлаждение более заметно, чем перегрев. Это вызвано тем, что, как правило, существуют локализованные области, где иоле достигает гораздо больших значений, чем те, при которых может начаться нормальное образование зародышей. Подтверждением правильности такого вывода служат опыты Гарфункела и Сери-на [101] со стержнем в продольном иоле. Вблизи центра стержня помещалась дополнительная катушка, с помощью которой ноле можно было локально увеличивать от значений, меньших Якр., до значений, больших Я р. При такой геометрии, когда удается избежать больших местных полей около концов стержня, наблюдался заметный перегрев. [c.750]

Другая возможность, которая, как мы теперь считаем, является наиболее реальной, состоит в том, что с переходом в сверхпроводящее состояние связано движение ионов. Автор [60] в свое время предположил, что имеются незначительные периодические смещения решетки, которые образуют очень большую элементарную ячейку в реальном пространстве и мелкозернистую структуру зон Бриллюэна в к-пространстве. Предполагалось, что смещения приводят к небольшой энергетической хцели у поверхности Ферми и, следовательно, к уменьшсЕгию энергии занятых состояний. Известно, что некоторые сплавы (например, сплавы в / фазе) имеют сложную структуру, обладающую вблизи поверхности Ферми плоскостями разрыва. Предполагалось, что если зонная структура является мелкозернистой, то нечто подобное может иметь место во многих металлах при низких температурах независимо от того, насколько сложна поверхность Ферми. Первые грубые оценки показали, что уменьшение энергии электронов вблизи поверхности Ферми достаточно для компенсации энергии, необходимой для смещения ионов однако более тщательные оценки, сделанные позже, показали, что уменьшение энергии на порядок меньше требуемой величины. Наиболее подходящими являются металлы с сильным взаимодействием между решеткой и электронами и, следовательно, с большим сопротивлением в нормальном состоянии. Диамагнитные свойства могли бы быть объяснены очень малой эффективной массой электронов и дырок с энергиями, близкими к поверхности Ферми (см. п. 24). Так как лучшие оценки, по-видимому, свидетельствуют о том, что переходы такого типа являются маловероятными, то детали теории никогда не были опубликованы. Некоторые идеи были использованы в более поздней теории [16, 118], основанной на динамическом взаимодействии между электронами и колебаниями решетки, о котором свидетельствовал изотопический эффект. [c.754]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...