Энергетическая щель (в сверхпроводящих

Элементарная ячейка см. Примитивная ячейка Условная элементарная ячейка Энергетическая зона I 147. См. также Запрещенная зона Плотность уровней Ширина зоны Энергетическая щель (в нормальных материалах) см. Запрещенная зона Энергетическая щель (в сверхпроводящих материалах) II 341 и затухание звука II 350, 351 измеренные значения II 359 и магнитные примеси II 341 (с) и поглощение электромагнитной энергии [c.416]

Из рис. 16.6.2 следует, что зависимость Ig от 1/Г —прямая линия с отрицательным угловым коэффициентом. Это наводит на мысль о существовании активационной энергии, связанной со сверхпроводящими электронами. Наличие энергетической щели в плотности состояний для сверхпроводника является одной из отличительных особенностей теории Бардина — Купера — Шриффера (теории БКШ). Если бы ширина энергетической щели не зависела от температуры, можно было бы ожидать, что ее величина задается произведением величины 2k (k — постоянная Больцмана) на отрицательный угловой коэффициент прямой, выражающей зависимость логарифма от 1/Г. Таким образом, получилось бы, что для сверхпроводящего олова энергетическая щель равна 1,1 10 эв. [c.410]

Модели с энергетической щелью. Двухжидкостная модель, непосредственно исходящая из предположения о наличии энергетической щели, предложена Гинзбургом [17]. Последний полагает, что энергия сверхпроводящей фазы может быть записана в виде [c.688]

Теория возмущений. Как упоминалось в разделе 2, в модели с энергетической щелью предполагается, что отличие сверхпроводящей фазы от нормальной состоит лишь в том, что для возбуждения электрона в сверхпроводящей фазе требуется дополнительная энергия е. Другими словами, возбужденные электроны в сверхпроводящей фазе предполагаются сходными с возбужденными электронами в нормальной фазе. Мы упоминали уже, что эта модель удовлетворительно объясняет температурный ход теплоемкости, теплопроводности и электропроводности, определяемой по измерениям толщины скин-слоя на микроволновых частотах, а также вязкости электронного газа, измеряемой по поглощению ультразвуковых волн. Ниже будет показано, что эта модель объясняет также и диамагнитные свойства сверхпроводников и приводит к феноменологической теории, очень сходной с теорией Пиппарда (см. п. 18). [c.709]

По нашему мнению, обоснование модели с энергетической щелью получится как следствие строгой теории. Основное различие между нормальным и сверхпроводящим состояниями заключается, по-видимому, в том, что в последнем для возбуждения электрона требуется конечная энергия с. Магнитные свойства могут быть определены методами теории возмущении (см. раздел 3). Вероятным результатом может быть нелокальная теория, аналогичная теории, предложенной Пиппардом теория Лондона будет представлять только предельный, в действительности не реализующийся случай. Процессы релаксации при высоких частотах зависят от деталей модели. В заключение отметим, что фундамент строгой теории сверхпроводимости существует, но полное решение задачи сопряжено со значительными трудностями. Требуются новые радикальные идеи, в частности, для получения удовлетворительной физической картины сверхпроводящего состояния и выяснения природы параметра упорядочения, если он существует. [c.778]

Для сверхпроводящих частиц важным размерным параметром является величина b = bjk T , где — температура перехода в сверхпроводящее состояние. При 7 с (Ю-ь1) К о 0,1- 1 для частицы диаметром 100 А. Другим важным параметром служит длина когерентности куперовских пар электронов = Йур/лД(0), где Ур — скорость, соответствующая энергии Ферми, иД(0)— энергетическая щель при Т=0 К. Если все размеры частицы меньше о, то говорят [c.275]

Рис. 2. Схемы а — потеря сопротивления при Т б — изменения Не с температурой в — изменение энергетической щели с температурой г — затухание продольных звуковых волн в сверхпроводящем состоянии

На рис. 12.10 приведены кривые температурной зависимости теплоемкости галлия на рис. 12.10, а сопоставлены теплоемкости в нормальном и сверхпроводящем состояниях на рис. 12.10, б видно, что ход изменения с температурой электронного вклада в теплоемкость галлия в сверхпроводящем состоянии — экспоненциальный с показателем экспоненты, пропорциональным —1/Г. Такая форма кривой дает основания предположить, что характер возбуждения электронов связан с их переходом через Энергетическую щель. Наличие энергетической щели (рис. 12.11) [c.429]

Рис. 12.11. а) Зона проводимости в нормальном состояния, б) Энергетическая щель вблизи уровня Ферми в сверхпроводящем состоянии. Электроны, возбуждаемые в состояния над щелью, ведут себя как нормальные электроны, в высокочастотных полях они обусловливают сопротивление при постоянном токе все определяется сверхпроводящими электронами. Прн абсолютном нуле над щелью нет электронов. Ширина щели показана для наглядности большей, чем в действительности обычно [c.430]

Для фотонов, имеющих энергию, меньшую ширины щели, электросопротивление сверхпроводника обращается в нуль при абсолютном нуле. На рис. 12.13 показаны экспериментальные результаты для далекой инфракрасной области. Для СВЧ-об-ласти результаты представлены на рис. 12.14. Видно, что при Т Тс сопротивление в сверхпроводящем состоянии испытывает резкий скачок в области энергий, равных ширине щели. Для фотонов меньшей энергии поверхностное сопротивление отсутствует. Для фотонов большей энергии сопротивление приближается к сопротивлению в нормальном состоянии, поскольку такие фотоны вызывают переходы на незанятые нормальные энергетические уровни над щелью. Увеличение температуры не только уменьшает ширину щели (как на рис. 12.12), но и затягивает спад сопротивления для фотонов с энергией, меньшей [c.432]

Энергия массивного сверхпроводника в магнитном поле увеличивается при условии, что поле не проникает в образец. Проникновение поля в пленки рассматривается в конце главы в задачах 12.1 и 12.4. Поле, направленное параллельно поверхности очень тонкой пленки, проникает в нее, оставаясь практически однородным (рис. 12.32, а) при этом энергия сверхпроводящей пленки будет слабо возрастать с увеличением магнитного поля, что приводит к увеличению напряженности поля, необходимого для разрушения сверхпроводимости (рис. 12.21 и 12.33). В сверхпроводящей тонкой пленке величина кажущейся магнитной восприимчивости может быть намного меньше, чем 1/4я (или 1 в. СИ), так как выталкивается только часть потока, но при этом пленка имеет обычную величину энергетической щели и не обладает сопротивлением. В пленках устойчивая сверхпроводимость наблюдается в полях, напряженность которых более чем в 100 раз превышает критическое поле Не для массивного сверхпроводника того же материала. Тонкие пленки не относят к сверхпроводникам II рода, но их поведение показывает, что-сверхпроводимость при наличии соответствующих условий может существовать и в высоких магнитных полях. [c.456]

Рис. 12.38. В смешанном состоянии флюксоид существует благодаря вихревому сверхпроводящему току. Остов нити магнитного потока, имеющий размеры I, находится в нормальном состоянии и заключает в себе почти весь, поток, однако поле проникает в сверхпроводящую область на расстояние Х — плотность тока, А (г)— параметр энергетической щели. Каждая нить магнитного потока содержит один квант потока Лс/2е == 2-Ю Гс-см . (Из [47].)

Нормальная фаза при Г < Гс создается с помощью слабого (300 Гс) магнитного поля, которое разрушает сверхпроводящее упорядочение, но не влияет на величину теплоемкости. Температура Дебая для алюминия весьма высока, поэтому в рассматриваемом температурном интервале определяющим оказывается электронный вклад в теплоемкость (на что указывает близкий к линейному ход теплоемкости в) нормальном состоянии). Величина скачка теплоемкости при температуре Гс хорошо согласуется с предсказываемым теорией результатом [см. (34.22)] (сз — сп)/с = 1,43. Значительно ниже Гс теплоемкость падает до величины, существенно меньшей Сп, что указывает на возможность существования энергетической щели. [c.348]

При оптических частотах не наблюдаются различия в поведении сверхпроводящего и нормального металлов. Отклонения от поведения, характерного для нормального состояния, впервые появляются в инфракрасной области, и только в диапазоне миллиметровых радиоволн в частотных характеристиках полностью проявляется уменьшение поглощения энергии электронами, связанное с наличием энергетической щели. [c.350]

Задача 11. При переходе электронного газа из нормального состояния в сверхпроводящее энергия возбужденного состояния электрона над заполненной сферой Ферми Ер = Pf(p - существенно меняется появляется энергетическая щель Д (по- [c.220]

При частотах порядка (Оцр. возможны квантовые эффекты, так как энергия кванта в этом случае будет порядка энергетической щели. Когда ш>( кр.г возбуждения в сверхпроводящем состоянии ничем не отличаются от возбуждений в нормальном состоянии, н поэтому можно ожидать, что при этих частотах будет справедливо выражение Чэмберса (17.5) для случая аномального скин-эффекта. Это выражение можно записать в виде, подобном формуле (26.4) [c.728]

Рис.7.14. Образование щели в энергетическом спектре электрсиов ироводника при переходе его в сверхпроводящее состояние (а) и зависимость ширины энергетической щели от температуры для тантала (б)

Дело в том, что при возбуждении электронов вблизи уровня Ферми, как в случае четных частиц, так и в сверхпроводящем металле, необходимо преодолевать энергетическую щель. Однако величина щели сверхпроводника является функцией температуры (она исчезает при Гд), а величина б нормальной частицы есть функция ее размера (она изменяется обратно пропорционально объему). Согласно экспериментальным данным при Г—>0К сдвиг НайтаЛГ->О в случае сверхпроводящих частиц А1 и ЛГ а, где а — определенная величина, для частиц Sn, РЬ, Hg, Си, причем первые три металла — сверхпроводники, тогда как Си — типичный несверхпроводник (см. [81). [c.276]

Как предполагал Андерсон [828], сверхпроводимость становится невозможной, когда расстояние 6 между электронными энергетическими уровнями оказывается сравнимым со сверхпроводящей энергетической щелью Д, т. е. при -числе электронов в частице iV< 10 . Более точная оценка дает для частиц РЬ критический диаметр Z) p 22 А (около 750 электронов) [8261, а для частиц Sn — Z) p 50 А [829]. Вместе с тем Кавабата [830, 831] указал, что в сверхпроводимости принимают участие не только электроны вблизи уровня Ферми, но также и электроны более глубоких энергетических уровней. В своих вычислениях основного состояния и орбитальной магнитной восприимчивости малых металлических частиц он не обнаружил больших изменений в области Д б. [c.280]

Свойства сверхпроводников в инфракрасном и СВЧ-диапа-зонах частот. Наличие в сверхпроводниках энергетической щели позволяет предположить, что, как и в полупроводниках с запрещенной зоной, фотоны, имеющие энергию, меньшую ширины энергетической щели, могут проходить через сверхпроводящий металл. Экспериментально это было установлено Гловером и Тинкхэмом, а также рядом других авторов. От любого металла фотоны отражаются из-за несогласования имиедансов на границе вакуум — металл, но очень тонкая ( 20 А) пленка пропускает больше фотонов в сверхпроводящем состоянии, чем в нормальном. [c.432]

Если есть энергетическая щель, то > О, следовательно V > 0. Таким образом, сверхпроводящие токи могут течь со скоростями, меньшими Ус, без потерь заергии на возбуждение перехода электронов из сверхпроводящего состояния в нормальное. Значения плотности критического тока достаточно высоки (см. задачу 12.2). В основном аналогичное доказательство справедливо и для возбуждения пары электронов. [c.451]

Живер [40] обнаружил, что если один из металлов становится сверхпроводящим, то вольт-амперная характеристика превращается из прямой линии (рис. 12.29, а) в кривую, представленную на рис. 12.29,6. Рис. 12.30, а подчеркивает разницу между плотностями электронных состояний в сверхпроводнике и нормальном металле. В сверхпроводнике имеется энергетическая щель, середина которой совпадает с уровнем Ферми. При абсолютном нуле тока нет до тех пор, пока напряжение не станет равным V = Egl2e = Ale. Энергия, равная ширине щели Eg, соответствует распаду электронной пары в сверхпроводящем состоянии и образованию двух электронов или электрона и дырки в нормальном состоянии. Ток появляется тогда, когда eV = Д. При отличных от нуля температурах появляется слабый ток даже при низких напряжениях благодаря электронам в сверхпроводнике, которые перебрасываются через щель за счет теплового возбуждения. [c.453]

Иногда путем добавки небольшого количества легирующего-элемента можно превратить металл из сверхпроводника I рода в сверхпроводник II рода. Например (см. рис. 12.6в), добавление двух весовых процентов индия в свинец превращает свинец, из сверхпроводника I рода в сверхпроводник II рода, хотя температура перехода меняется при этом совсем незначительно. При этом превращении нет оснований ожидать ни изменения ширины энергетической щели, ни скачка теплоемкости при температуре перехода. Такое количество легирующего элемента не изменяет коренным образом электронную структуру свинца как сверхпроводника, но его поведение в магнитном поле радикально меняется. Теория сверхпроводников II рода была разработана Гинзбургом, Ландау, Абрикосовым и Горьковым. Позднее Кунцлер с сотрудниками обнаружил, что проволока из НЬзЗп может пропускать значительный сверхпроводящий ток в полях,, достигающих 100 кГс. [c.454]

В сверхпроводящем состоянии сверхпроводящие электроны отделены от нормальных энергетической щелью Eg ikeT , причем нормальные электроны находятся над щелью. Ширину щели можно определить из экспериментов по определению теплоемкости, инфракрасному поглощению, туннелированию. [c.462]

Рис. 96. в электрическом поле ферми-сфера, содержащая все электроны, смещается в Л-пространстве. При выключении поля р вновесное состояние восстанавливается в ре-.чультате переходов электронов из левой заштрихованной области в правую. Лля сверхпроводящего электронного газн смещается и энергетическая щель. Процессы рассеяния могут происходить только в том случае, если они сопровождаются энергией 2Д. [c.329]

В этом состоянии величина параметра порядка, а следовательно, энергетической щели и плотности сверхпроводящих электронов всюду одинакова. Однако фаза параметра порядка (или параметра энергетической щели) меняется с координатой, и нменно это изменение приводит к возникновению тока. [c.594]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...