Сверхпроводящие точки

Вводная глава книги содержит краткое обсуждение понятия температура , обзор истории термометрии и вскрывает важное различие между первичной и вторичной термометриями. В гл. 2 рассматриваются истоки известных международных соглашений о термометрии, обсуждаются развитие и современное состояние Международной практической температурной шкалы. В гл. 3 рассмотрены главные методы измерения термодинамических температур, к которым относится газовая термометрия, акустическая термометрия и шумовая термометрия. В гл. 4 описаны реперные точки температуры, тройные точки и точки кипения газов, точки затвердевания и сверхпроводящие точки металлов. Здесь же рассмотрены требования к однородности температуры при сравнении термометров. Три последующие главы посвящены основным методам практической термометрии, термометрам сопротивления, термопарам и термометрии по излучению. Во всех главах, в том числе и во вводной, даны не только физические основы методов высшей точности, применяемых в эталонных лабораториях, но и их подробное описание. Приведены также примеры измерений температуры в промышленных условиях. Книга завершается краткой главой о ртутной термометрии. Каждая глава дополнена обширной библиографией. [c.9]

Если НфО, то правая часть не равна нулю. Поэтому =5 = Ф s т. е. при наличии магнитного поля переход в сверхпроводящее состояние представляет собой фазовый переход первого рода. Так как энтропия высокотемпературной фазы (в данном случае нормальной) всегда больше, чем низкотемпературной (т. е. сверхпроводящей), то левая часть рассматриваемого выражения отрицательна. Следовательно, И (дН/дТ) К Q. Это означает, что с повышением напряженности магнитного поля температура перехода понижается. [c.255]

Нужно отметить, что метод зеркальных отображений токов возможен только для плоскопараллельных полей при плоских или круговых границах расчетной области, причем в последнем случае необходимо ввести два отображения [49]. Если цилиндр сверхпроводящий, то один отраженный ток нужно поместить на его оси, а другой, встречный по направлению,— в инверсной точке (рис. 2.7), отвечающей условию R = R /Ro- [c.66]

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]

Если металлы 1 и 2 являются нормальными, то р ) и Рз( -(-У) представляют собой постоянные и ток / пропорционален V. Но если металл I является сверхпроводящим, то величина Рх ( ) в интеграле в (10.55) остается равной нулю для всех Е, пока V не превысит значения А. Следовательно, [c.330]

В сверхпроводниках первого рода сверхпроводящее состояние достигается фазовым переходом второго рода при температуре Тс, которая зависит от рода металла, его чистоты, степени отжига, величины приложенного магнитного поля. Для некоторых металлов в нулевом магнитном поле сверхпроводящий переход позволяет реализовать реперную температурную точку. Считается, что ширина перехода достаточно мала и, наблюдая переход, можно определить его температуру. Эти вопросы детально исследовались в НБЭ [69], в результате-чего было соз- [c.166]

Температура сверхпроводящего перехода определяется как средняя точка перехода, которая, по-видимому, не зависит от метода наблюдения по взаимоиндукции, сопротивлению или теплоемкости [72] (рис. 4.22). Общепринятым при воспроизведении температуры перехода является метод взаимоиндукции на переменном токе. В сверхпроводниках первого рода ниже температуры перехода весь магнитный поток выталкивается из металла. Это явление называется эффектом Мейсснера. Выталкивание потока можно наблюдать при использовании моста взаимоиндукции. Для компенсации внешних магнитных полей применяются дополнительные катушки Гельмгольца. Ток в катушках Гельмгольца может устанавливаться по максимальному значению Гс, соответствующему нулевому магнитному полю в сверхпроводнике. [c.167]

В отличие от фазовых переходов первого рода, таких, как точки плавления или кипения, при фазовых переходах второго рода отсутствует скрытая теплота перехода. Поэтому такие переходы используются лишь как индикатор определенной температуры, а не способ ее поддержания. При затвердевании чистых металлов, которое обсуждается ниже, образец металла будет оставаться при температуре затвердевания, хотя его окружение охлаждается. В случае сверхпроводящих переходов отсутствие скрытой теплоты перехода не создает серьезных проблем. Это объясняется тем, что при низких температурах легко обеспечить необходимую точность терморегулирования, а теплоемкости и теплопроводности материалов таковы, что неоднородности температуры в криостате и инерционность объектов регулирования не создают никаких затруднений. [c.168]

Точка сверхпроводящего перехода в кадмии То же в цинке в алюминии в индии Точка кипения Не ) [c.438]

Точка сверхпроводящего перехода в свинце Тройная точка равновесного водорода ) [c.438]

Точки сверхпроводящих переходов И нормальными состояниями металлов в [c.438]

Однако, как уже отмечалось, для описания явлений в критических точках наиболее адекватным являются феномены, связанные с фазовыми переходами равновесными, неравновесными (диссипативными), геометрическими (перколяционными). Известно, что переход в сверхпроводящее состояние, превращение гелия I в сверхтекучий гелий II, возникновение из парамагнитного [c.36]

К постепенно. Неожиданным также оказалось и то, что добавление примесей к ртути не приводило к появлению остаточного сопротивления, т. е. образцы также переходили в сверхпроводящее состояние. [c.262]

Нулевое сопротивление. При 7<7 сопротивление сверхпроводника равно нулю. Это означает, что если через сверхпроводящее кольцо пропустить ток и отключить это кольцо от источника, то ток сохраняется в кольце сколь угодно долго. Так, например, в сверхпроводящем кольце не наблюдалось ослабления тока в течение более чем двух лет вплоть до прекращения эксперимента. [c.263]

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]

Поглощение электромагнитного излучения сверхпроводниками. Еще в 30-х годах указывалось на то, что сверхпроводящее состояние может быть разрушено с помощью электромагнитного излучения соответствующей частоты. При этом излучение должно быть поглощено сверхпроводником. Проведенные впоследствии эксперименты подтвердили данные предположения. Оказалось, что при Т<.Тс поглощение электромагнитных волн возникает при часто- [c.265]

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]

Гейзенберг [123], применив двухжидкостную модель для изучения теплопроводности, предположил, что электронная теплопроводность в сверхпроводящем состоянии отличается от теплопроводности в нормальном состоянии вследствие того, что меняется теплоемкость С и, возможно, пробег I. Вместо С теперь можно взять [см. (25.4)], поскольку рассматривается скорее передача энергий электронами, остающимися нормальными при прохождении области, где существует температурный градиент, чем изменение их энергии вследствие фазового перехода. Эта точка зрения будет развита ниже. Таким образом, [c.296]

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]

В шкалу ПТШ-76 введены реперные точки по температурам переходов пяти металлов в нулевом магнитном поле из сверхпроводящего в нормальное состояние. Эти металлы входят в прибор, разработанный в НБЭ под названием Стандартный справочный материал ЗКМ 767 . Некоторый недостаток ПТШ-76 состоит в том, что один из рекомендованных способов ее воспроизведения тесно связан с конкретным прибором, который изготавливается только в НБЭ. Можно надеяться, что в будущем удастся изготавливать наборы из пяти металлов с достаточно воспроизводимыми свойствами, с тем чтобы и температуры переходов имели одно и то же значение независимо от происхождения образца. Значения температур, приписанные сверхпроводящим переходам свинца, индия и алюминия, соответствуют среднему значению, полученному по шкалам различных лабораторий после согласования шкал с ТхАс- Неопределенность в этих значениях оценена величиной 0,5 мК- Значение температуры сверхпроводящего перехода цинка получено по магнитному термометру НФЛ, а для кадмия — по магнитному термометру НФЛ и шумовому термометру НБЭ. Детальное описание ПТШ-76, историю ее создания и построения можно найти в работе Дюрье и др. [22]. [c.68]

В гл. 2 излагалось, каким образом на основе ряда реперных точек и определенных методов интерполяции между ними возникла Международная практическая температурная шкала (МПТШ). Реперными точками первой МПТШ являлись точки кипения кислорода, воды и серы, точки затвердевания воды, серебра и золота. В современной редакции шкалы добавлены точки кипения водорода и неона, тройные точки водорода, неона, аргона, кислорода и воды, точки затвердевания олова и цинка в свою очередь точка кипения серы исключена. В последние годы тройные точки и точки затвердевания считаются более предпочтительными по сравнению с точками кипения по простой причине они могут быть реализованы без необходимости измерять давление. Продолжающийся рост требований к увеличению точности реализации точек кипения приводит к необходимости более точных измерений давления, что сопряжено с очень большими трудностями. Например, для реализации точки кипения воды с воспроизводимостью по температуре 0,1 мК необходимо измерение давления с погрешностью 0,3 Па в свою очередь в точке кипения серы изменения давления 0,3 Па приводят к изменениям температуры на 0,2 мК- Необходимость в расширении МПТШ ниже 13,81 К, т. е. в область, где тройных точек не существует, привело к разработке реперных точек, основанных на фазовых переходах в твердом теле. Наиболее важным шагом в этом направлении явилось принятие в качестве реперных точек нижней части ПШТ-76 температур сверхпроводящих. переходов. [c.138]

Все, однако, началось с курьеза. В 1964 г. американский физик В. Литтл предложил модель механизма, способного, как он считал, повысить температуру сверхпроводящего перехода. Не обсуждая достоинства и правильность его работы, стоит упомянуть, что он свою модель строил для полимерной цепочки и органических красителей. По его расчетам выходило что-то уж очень хорошо [c.219]

В теории Гинзбурга — Ландау для описания свойств сверхпроводников была привлечена квантовая механика. В этой теории вся совокупность сверхпроводящих электронов Списывалась волновой функцией Ч "(г) от одной пространственной координаты. Выше отмечалось, что, вообще говоря, волновая функция п электронов в твердом теле есть функция п координат ТСгь Гг,. . ., г ). Введением функции Ч (г) устанавливалось когерентное, согласованное поведение всех сверхпроводящих электронов. Действительно, если все ris электронов ведут себя совершенно одинаково, согласованно, то для описания их поведения достаточно той же самой волновой функции, что и для описания поведения одного электрона, т. е. функции от одной переменной. [c.266]

Притяжение между электронами. Из приведенных выше свойств сверхпроводников следует, что сверхпроводимость связана с какихм-то изменением в поведении электронов проводимости. При этом кристаллическая решетка активно участвует в создании сверхпроводящего состояния (изотопический эффект ). [c.267]

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]

При точном измерении необходимо исключить неизбежные термо-э д. с., возникающие в потенциальных проводах, присоединенных к исследуемому сопротивлению. Этого можно достигнуть, применяя переключатель направления тока. (Ниже будет опрюан сверхпроводящий переключатель, пригодный для применения в жидком гелии.) Чтобы сохранить равновесие системы при переключении направления тока в цонн образца, необходимо переключать направление то] а и в цепи потенциометра. На фиг. 15 показана принципиальная схема потенциометра Линдека. Измерение сопротивления может [c.175]

При проектировании механической части такого прибора необходимо обратить особое внимание на устранение вибраций. С помош,ью сверхпроводящего гальванометра Пуллен [69] получил очень интересные результаты. Он показал, в частности, что термо-э. д. с. идеального сверхпроводника исчезает резким скачком в точке перехода, в то время как в более ранних работах отмечалось, что термо-э. д. с. начинает надать раньше, чем достигается температура сверхпроводящего перехода. [c.180]

Сверхпроводящий модулятор. Темплетон [72 ]построил также сверхпроводящий модулятор, предназначенный для работы в жидком гелии. Отрезок тонкой проволоки из сверхпроводника (тантала) был соединен [c.181]

В Лейдене, Кембридже, Оксфорде и в США производились измерения теплопроводпости сверхпроводников (как в нормальном, так и сверхпроводящем состояниях). Эти измерения могут быть качественно интерпретированы с точки зрения двухжидкостной модели сверхпроводимости, в которой предполагается, что сверхтекучие электроны не несут энтропии и не взаимодействуют с решеточными волнами. Так, в сверхпроводящем состоянии электронная часть теплопроводности уменьшается, а решеточная возрастает. В промежуточном состоянии наблюдается добавочное рассеяние границами сверхпроводящей и нормальной фаз как элel тpoнoв так и решеточных волн. Вследствие отсутствия теории сверхпроводимости нельзя сделать каких-либо количественных выводов по этому поводу, а также объяснить некоторые наблюдающиеся на опыте особенности. [c.225]

В некоторых случаях желательно определить тепло- и электропроводность одного и того же образца, что приводит к необходимости измерения очень малого электрического сопротивления. Розенберг [87, 97], а также Уайт и Вудс [121] использовали фотоэлектрический усилитель, оппсан-нып Макдональдом [156] (см. также гл. III), с помощью которого можно было измерить разность потенциалов примерно до 10 в. Если электросопротивление образцов еще более низко, то можно применить усилитель, в который входят сверхпроводящий модулятор п трансформатор, погруженный в жидкий гелий, как это было сделано Темилетоном [157] прп измерении электросопротивления монокристалла меди высокой чистоты. Кроме того, образец можно сделать сердечником высокочастотной катушки и определить его сопротивление по величине потерь [158]. [c.227]

Первый член представляет собой вклад нормального, а второй—сверхпроводящего состояний. Второй член обусловлен наличием скрытой теплоты, поскольку для перевода электрона из сверхпроводящей области в нормальную требуется конечная энергия. Условие дР/дх) = 0 определяет зависимость X от т. Нельзя просто предположить, что г=, ибо это соответствовало бы отсутствию взаимодействия между п- и -состояниями и не удовлетворяло бы условию dFjdx)j. = Q. Если же принять r = то оказывается возможным приближенно описать наблюдаемые термодинамические свойства, считая [c.296]

Клеменс [124] оценил упомянутый дополнительный тепловой поток следующим образом. Поток состоит из двух частей из добавки к Qn, возникающей вследствие условия Ф О, и теплоты, вызванной тем, что при переходе электронов из сверхпроводящего в нормальное состояние поглощается некоторая энергия, которая затем высвобождается при обратном процессе. В (25.6) последним эффектом мы пренебрегли, воспользовавшись в (25.5) выражением для справедливость такого пренебрежения вытекает из следующих рассуждений. Так как / = 0, / = / и так как в сверхпроводниках в стационарном состоянии электрическое поле 7 = 0 или по крайней мере мало ), то / будет порядка L,j (/sTr/QгдеЬ — коэффициент переноса (14.11), в котором учтено рассеяние статическими дефектами и вклад токов только в нормальных областях. Тепло, переносимое / порядка КТ, т. е. меньше на множитель(isTT/Q . Вторая добавка к имеет порядок так как скрытая теплота перехода из нормального в сверхпроводящее состояние на один электрон Эта добавка равна примерно Ь КТ IQ К Т рУТ, что значительно больше тенла, переносимого В свою очередь меньше на множитель порядка КТи-р.1%, поэтому циркуляционный механизм не дает заметного вклада в полную электронную теплопроводность ) отсюда вытекает, что в (25.5) должна фигурировать именно С . [c.298]

И если Хд определяется только взаимодействием с электронами проводимости, то Xgg/Xgjj = 1/ж. Однако решеточное сопротивление, обусловленное фопон-фопонным взаимодействием при переходе из нормального в сверхпроводящее состояние, должно остаться неизменным. [c.298]

Остаточное сопротивление в сверхпроводящем состоянии. Для тех образцов Sn, In, Та, Т1, V п Nb, для которых были проведены исследования, электронная теплопроводность в нормальном состоянии при Г р. и ниже определялась рассеянием на примесях. Вообш,е говоря, то же самое относится к различным сплавам и загрязненным образцам РЬ и Hg. Данные для этих образцов можно, таким образом, использовать для проверки выражения (25.8) для за исключением случаев, когда велико, что, естественно, усложняет картину. Пока решеточная проводимость несуш е-ственна, отношение должно описываться (25.8). Если больше [c.300]

Отметим, что предложенная Олсеном [133] интерпретация теплопроводности свинцово-висмутовых сплавов также сталкивается с трудностями. Зависимость теплопроводности этих сплавов в нормальном и сверхпроводящем состоянии от температуры приводится на фиг. 17. Легко видеть, что если объяснять увеличение у. для сплавов с 0,2% Bi и 0,5% Bi по сравнению со сплавами с малым содержанием Bi увеличением решеточной проводимости, то для этих двух сплавов следует считать более высокой, чем для сплавов с 0,1 и 0,02% Bi, и, возможно, даже выше для чистого свинца. Можно, конечно, объяснить это наличием в более разбавленных сплавах некоторых дефектов, которые в сплавах с большим содержанием Bi отсутствуют, хотя обычно наблюдается обратное. Эти сплавы желательно еще раз исследовать, обращая особое внимание на выяснеппе возможных источников упомянутой аномалии. [c.303]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...