Явление сверхпроводимости

Применение явления сверхпроводимости в широкой практи- [c.152]

Ч. Рейнольдсом с сотрудниками было установлено, что образцы сверхпроводника, изготовленные из различных изотопов одного и того же элемента, обладают различными критическими температурами. В большинстве случаев Тс обратно пропорциональна корню квадратному из массы изотопа. Изотопический эффект свидетельствует о том, что хотя кристаллическая решетка при переходе в сверхпроводящее состояние и не изменяется, она играет существенную роль в изменении свойств электронного газа. Зависимость Тс от массы изотопа показывает, что для явления сверхпроводимости важное значение имеет взаимодействие электронов с колебаниями решетки. Других причин зависимости Тс от числа нейтронов в ядре атома нет. [c.264]

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]

Понимание явления сверхпроводимости на микроскопическом уровне привело к тому, что в настоящее время сверхпроводники из экзотических объектов физических исследований превратились в практически используемые материалы. На их основе изготовляют сверхпроводящие магниты, позволяющие получать поля до бХ Х10 А/м, кабели, по которым можно передавать без потерь большие потоки энергии. Все больший интерес вызывают сверхпроводники у специалистов, работающих в области микроэлектроники. Здесь наибольшее внимание уделяется созданию приборов, основанных на эффектах Джозефсона. Интенсивно ведутся работы по использованию сверхпроводников для создания логических элементов и элементов памяти ЭВМ. [c.271]

При выводе выражения (17.1) использованы также некоторые"другие приближения как физического, так и математического характера, но они менее суш ественны, чем уже упомянутые. Вильсон [11 (стр. 254) отмечает Выражение для AF (т. е. для изменения потенциальной энергии при смещении иона), несомненно, является не вполне точным, поскольку ионы должны до некоторой степени деформироваться... возможно, что грубый характер приближения, сделанного при рассмотрении взаимодействий между электронами проводимости и колебаниями решетки, является причиной того, что эта теория не в состоянии объяснить сверхпроводимость. Хотя вероятно, что для объяснения явления сверхпроводимости необходимо привлечь некоторые новые физические принципы, все же вполне возможно, что существующие трудности имеют скорее математический, чем физический, характер. Так же как тщательный анализ уравнения состояния газа приводит к выводу о возможности существования жидкой фазы, более точное математическое толкование проблемы взаимодействия приведет и к объяснению сверхпроводимости... необходима более совершенная и более общая теория взаимодействия между электронами и решеткой ). [c.188]

К настоящему времени исследование явления сверхпроводимости достигло того уровня, когда уже можно логически систематизировать все экспериментальные факты. Изложение этой логической схемы и является целью настоящей главы. [c.611]

Явление сверхтекучести, так же как и явление сверхпроводимости, занимает особое место в наших представлениях о физическом мире. [c.783]

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]

Изменение фазы при перемещении пары из точки с радиусом-вектором Tj в точку с радиусом-вектором Fj равно к (г2 —Tj) независимо от расстояния г2 — fj . Явление регулярного изменения фазы волны сверхпроводящей пары электронов называется фазовой когерентностью. Оно играет чрезвычайно большую роль в явлениях сверхпроводимости. [c.373]

Заметим, что этот вопрос далеко не тривиален. Так, отсутствие уровня в недостаточно глубокой или недостаточно широкой яме возможно лишь в трехмерном пространстве. В двумерном или одномерном случае уровень существует при любых силах притяжения, т. е. в сколь угодно узкой и мелкой яме. Последний эффект обусловливает явление сверхпроводимости. [c.173]

Значительное, иногда решаюш,ее, влияние внедренные атомы могут оказать на явление сверхпроводимости ). [c.20]

В чем состоит явление сверхпроводимости и что такое сверхпроводники 1 и II рода [c.229]

Явление сверхпроводимости было открыто в 1911 г. в Лейдене Оннесом, который обнаружил, что электрическое сопротивление Меркурия при снижении температуры до 4,15 К уменьшается почти до нуля. С тех пор у многих металлов, сплавов и интерметаллических соединений, большинство которых при комнатной температуре плохо проводит электрический ток, была обнаружена сверхпроводимость при снижении температуры ниже определенного значения Т, названного критической температурой Ткр. Ниже приводится перечень таких веществ и их критические температуры. [c.232]

Рассматриваются возможности использования явления сверхпроводимости и в других направлениях, в частности в создании генераторов и магнитов. Создание мощных сверхпроводящих магнитов является одной из тех областей, где эта технология имеет существенные преимущества перед обычной технологией. [c.235]

Опыты, произведенные Фуко в 1851 г., а также опыты его многочисленных последователей, дали только качественные результаты количественное же исследование всех источников погрешностей дал в своей диссертации в 1879 г. Камерлинг-Оннес (имя которого впоследствии приобрело широкую известность благодаря работам в области низких температур и открытию явления сверхпроводимости). [c.233]

Ландау первым сопоставил два странных явления — сверхпроводимость и сверхтекучесть — течение жидкого гелия—2 без трения через узкие капилляры. И предположил, что эти явления родственны. Сверхпроводимость — это сверхтекучесть весьма своеобразной жидкости — электронной. [c.154]

Каждый новый шаг в развитии техники обязательно сопровождается появлением новых материалов. Можно сказать и наоборот новые материалы дают технике возможность сделать еще один шаг вперед. Оба эти утверждения одинаково справедливы. Так, без новых высокопрочных сплавов не было бы современной ракетной и авиационной техники. В то же время и сами ракетчики побуждают металлургов создавать новые сплавы. Полвека назад было открыто явление сверхпроводимости. Его использовали для получения сверхмощных магнитных полей и токов. Эти поля и токи, в свою очередь, помогли резко ускорить исследовательские работы. И вот сегодня в нашем распоряжении уже тысяча ( ) разных сверхпроводящих сплавов. Металлургия и машиностроение идут вперед, подталкивая друг друга. [c.7]

Знакомство с гигантами машиностроения весьма поучительно по нескольким причинам. Прежде всего при их проектировании особенно выпукло проявляется органическая связь техники с фундаментальными исследованиями. Дело в том, что затраты, связанные со строительством сверхмощных агрегатов, настолько велики, что какой-либо риск совершенно недопустим. С другой стороны конструктивные особенности их столь индивидуальны и неповторимы, что эмпирическое проектирование по аналогии практически невозможно. А кроме того, новая количественная ступень влечет за собой и качественные различия. Машины-гиганты отличаются от своих предшественниц не только размерами. Зачастую в них впервые используются и совершенно новые принципы. Так, для дальнейшего повышения единичной мощности электрогенераторов конструкторы вынуждены задуматься над использованием явлений сверхпроводимости. Энергетики, повышая единичную мощность энергоблоков, ведут настойчивые поиски новых жаропрочных материалов, исследуют физические свойства рабочих тел в экстремальных условиях, а для совершенствования термодинами- [c.71]

Проникновение в микромир, познание его законов показали необычайную мощь фундаментальной науки, как основы принципиально новых производств. Открытие материальных носителей электричества — электронов и закономерностей их движения в вакууме, в твердом теле положило начало новой области науки — электронике. Только благодаря успехам электроники удалось создать радиолокацию, радиотехнику сверхвысоких частот, электронно-вычислительные машины, электронную биомедицинскую аппаратуру, электронные микроскопы и многое другое. Открытие возможности управления электрическими свойствами полупроводниковых и диэлектрических кристаллов ряда веществ, глубокие познания законов и механизмов электропроводности, поляризация твердого вещества вызвали новую революцию в радиотехнике, электронике и вычислительной технике. Электронные вакуумные лампы заменяются ничтожными по размерам кристаллами. Компактные полупроводниковые силовые вентили высокой надежности с успехом заменяют сложные установки в энергетических устройствах. Прочно вошли в практику транзисторные радиоприемники. Недавно открытое явление сверхпроводимости второго рода дало возможность приступить к изготовлению мощных электромагнитов. На основе квантовой теории созданы квантовые генераторы света и радиоволн (лазеры и мазеры), открывающие огромные перспективы для различных областей техники. Наиболее значительным достижением абстрактной науки о ядерных реакциях стало производство атомной энергии. [c.31]

В книге последовательно в систематизированном виде изложены способы получения низких температур и криогенпая техника, электрические, тепловые и магнитные свойства вещества при лизких температурах, методика исследований и их результаты, метод адиабатического размагничивания. Специальные разделы посвящены явлению сверхпроводимости и свойствам жидкого гелия. [c.4]

Аномальный минимум сопротивления при низких температурах. Не считая явления сверхпроводимости, которое в течение сорока с лишним лет, протекших после его открытия, все еще не получило достаточного теоретнче- [c.169]

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]

Согласно Куперу, при сколь угодно слабом притяжении между частицами ферми-газа вблизи ноБерхности Ферми возникают связанные пары частиц. Этот весьма нетривиальный результат является ключом к пониманию явления сверхпроводимости. Действительно, без учета эффекта Купера в основном состоянии металла электроны заполняют (в изотропном случае) фермиевскую сферу в импульсном пространстве. Если предположить, что в металле имеет место некоторое эффективное притяжение между электронами, то должно произойти спаривание электронов. При этом основное состояние будет лежать ниже, чем у свободных электронов, на величину энергии связи пар. Электронные пары обладают целым спином и поэтому подчиняются статистике Бозе. А бозе-газ при абсолютном нуле, как известно, обладает свойством сверхтекучести. В применении к бозе-газу заряженных частиц это свойство проявится в форме сверхпроводимости. Приведенные соображения не претендуют на строгость, однако они, безусловно, указывают на то, что полное объяснение явления сверхпроводимости можно получить на базе эффекта Купера. [c.885]

Сверхпровох ники первого и второго рода. Чистые металлы, у которых наблюдается явление сверхпроводимости, немногочисленны. Большинство сверхпроводников являются соединениями. [c.370]

В настоящее время ведутся конкретные работы по использованию явления сверхпроводимости и гиперпроводимости в различных видах электротехнического оборудования, а в отдельных случаях имеет место практическое применение. В частности, речь идет об электромагнитах, силовых кабелях и трансформаторах, а также о вращающихся машинах. Широкое промышленное использование этих разработок будет,. по-видимому, решаться с учетом экономики, поскольку достижение и поддержание соответствующих температур связано с большими затратами. [c.250]

Сверхпроводники и криопроводники. Явление сверхпроводимости было открыто нидерландским физиком X. Камерлинг-Оннесом в 1911 г. Согласно современной теории, основные положения которой были развиты в работах Д. Бардина, Л. Купера, Дж. Шриф-фера (теория БКШ), явление сверхпроводимости металлов можно объяснить следующим образом. При температурах, близких к абсолютному нулю, меняется характер взаимодействия электронов между собой и атомной решеткой, так что становится возможным притягивание одноименно заряженных электронов и образование так называемых электронных (куперовских) пар. Поскольку куперовские пары в состоянии сверхпроводимости обладают большой энергией связи, обмена энергетическими импульсами между ними и решеткой не наблюдается. При этом сопротивление металла становится практически равным нулю. С увеличением температуры некоторая часть электронов термически возбуждается и переходит в одиночное состояние, характерное для обычных металлов. При достижении критической температуры (Т ) все куперовские пары распадаются и состояние сверхпроводимости исчезает. Аналогичный результат наблюдается при определенном значении магнитного поля (критической напряженности Я р или критической индукции Акр), которое может быть создано как собственным током, так и посторонними источниками. Критическая температура и критическаяс напряженность магнитного поля являются взаимосвязанными величинами. Эта зависимость для чистых металлов может быЪ приближенно представлена следующим выражением [c.122]

В чем заключается сущность явления сверхпроводимости и какие ма териалы применяются для изготовления сверх- и криопроводников [c.132]

Явление сверхпроводимости связано с тем, что электрический ток, однажды наведенный в сверхпроводящем контуре, будет длительно (годами) циркулировать по этому контуру без заметного уменьшения своей силы, и притом без всякого подвода энергии извне (конечно, если не учитывать,неизбежного расхода энергии на работу охлаждающего устройства, которое должно поддер живать температуру сверхпроводящего контура ниже значения Т , характерного для данного сверхпроводникового материала) такой сверхпроводящий контур создает в окружающем пространстве магнитное поле, подобно постоянному магниту. Поэтому обтекаемый электрическим током сверхпроводящий соленоид должен представлять собой сверхпроводниковый электромагнит, не требующий питания от источника тока. Однако первоначальные попытки изготовить практически пригодный сверхпроводниковый электромагнит, создающий в окружающем пространстве магнитное поле с достаточно высокими напряженностью Я и магнитной индукцией В, закончились неудачей. Оказалось, что сверхпроводимость нарушается не только при повышении температуры до значений, превышающих Т , но и при возникновении на поверхности сверхпроводника магнитного поля с магнитной индукцией, превьш1ающей индукцию перехода (в первом приблил<ении, по крайней мере для чистых сверхпроводни-ковых металлов, безразлично, создается ли индукция током, идущим по самому сверхпроводнику, или же сторонним источником магнитного поля). Это поясняется диаграммой состояния сверхпроводника, изображенной на рис. 47 Каждому значению температуры Т данного материала, находящегося в сверхпроводящем состоянии, соответствует свое значение индукции) перехода В . Наибольшая возможная температура перехода Гсо (критическая температура) данного сверхпроводникового материала достигается [c.206]

Теория сверхпроводимости исключительно сложна В создание этой теории основной вклад внесли советские ученые — Л. Д. Ландау, Н. Н. Боголюбов, В. Л. Гинзбург, А. А. Абрикосов, Л. П. Горьков II другие, а также ученые зарубежных стран —Д. Бардин, Л. Купер, Д. Шрпффер и другие. По современным представлениям в основе явления сверхпроводимости лежит образование связанных пар электронов ( куперовских пар ) такая пара не может сыде/пять энергию малыми дозами, так что обычные джоулевы потери мощности, которые наблюдаются в металлах при нормальных условиях, здесь уже не имеют места. Разъединение ассоциированных в куперов-скую пару электронов при повышении температуры или магнитной индукции представляет собой нарушение сверхпроводимости, т. е. фазовый переход сверхпроводника из сверхпроводящего состояния в нормальное. Огмечается глубокая аналогия в физической сущности явления сверхпроводимости и явления сверхтекучести, открытого П. Л. Капицей у жидкого гелия-П и теоретически обоснованного Л. Д. Ландау. [c.211]

Очевидно, что физическая сущность крнопроводимости не сходна с физической сущностью явления сверхпроводимости. Криопроводимость — частный случай нормальной электропроводности металлов в условиях криогенных температур. [c.211]

Функция 7 (1 — р) имеет максимум при р = 1/2, т. е. при равном содержании в сплаве обоих компонентов (штриховая линия на рис. 7.7, г). Если, однако, сплавляемые металлы при определенном, ооогношении компонентов образуют соединение с упорядоченной внутренней структурой, то периодичность решетки восстанавливается (рис. 7.7, в) и сопротивление, обусловленное рассеянием нэ примесях, практически полностью исчезает. Для сплавов меди с золотом это имеет место при соотношениях компонентов, отвечающих стехиометрическим составам Си зАи и uAu (сплошная кривая на рис. 7.7, г). Это является убедительным подтверждением квантовой теории электропроводности, согласно которой причиной электрического сопротивления твердых тел является не столкновение свободных электронов с атомами решетки, а рассеяние их на дефектах решетки, вызываюш,их нарушение периодичности потенциала. Идеально правильная, бездефектная решетка, имеющая строго периодический потенциал, не способна рассеивать свободные носители заряда и поэтому должна обладать нулевым сопротивлением. Укажем, что это не явление сверхпроводимости, о котором будет ндти-речь далее, а естественное поведение всех абсолютно чистых металлов при предельно низких температурах, вытекающее из квантовой природы их электрического сопротивления. [c.189]

Свойства веществ при низких температурах, в частности явление сверхпроводимости, начинают широко использоваться во многих отраслях техники, в том числе и в радиоэлектронике. Возникшая на этой базе новая область электроники — электроника низких температур, называемая обычно криогенной электроникой, или просто криоэлектроникой, несмотря на свою молодость имеет уже существенные достижения и обнадеживающие пер--спективы для дпльнейшего эффективного развития. Оно стимулируется не только интенсивно проводимыми фундаментальными исследованиями, приводящими к открытию новых физических явлений в твердых телах при низких температурах, но и необходимостью решения сложных проблем большого народнохозяйственного значения. К таким проблемам, в частности, ют 10сятся создание малогабаритных сверхчувствительных приемников, способных воспринимать столь слабые- радиосигналы, которые обычные приемники не в состоянии обнаружить, создание больших и сверхбольших интегральных схем для разработки нового класса ЭВМ, повышение стабильности частоты и частотной избирательности СВЧ аппаратуры, освоение новых, считавшихся недоступными для дальнего приема, диапазонов радиоволн вплоть до ИК области, и ряд других. [c.205]

Существуют и другие применения сверхпроводимости, с которыми читатель может познакомиться в специальной литературе. Однако область применения низких температур в радиоэлектронике не исчерпывается-только-использованием явления сверхпроводимости. Более или менее глубокого-охлаждения требуют парамагнитные усилители, некоторые типы твердотельных и полупроводниковых лазеров (см. 12.5), полупроводниковые фотоприемники для ИК области спектра (см. 12.2) и ряд других приборов, которые-будут рассмотрены в последующих главах. Снижение рабочей температуры обычных элементов радиоустройств позволяет, как правило, резко снизить, шумы в них и, следовательно, увеличить обнаружительную способность приемных устройств. [c.208]

К сожалению, радужным мечтам Оннеса о розе без шипов — электротехнике без электрического сопротивления — не было суждено сбыться. Первые же исследования показали, что в сверхпроводниках, открытых во времена Оннеса,— ртути, олове, свинце — не может без разрушения состояния сверхпроводимости циркулировать хотя бы мало-мальски значительный электрический ток. Таким образом, техническая революция, задуманная Оннесом, не состоялась, и поразительное явление сверхпроводимости, казалось, навсегда вошло в студенческие физические практикумы как любопытнейший физический курьез, как бы олицетворяющий вечное движение. Во многих низкотемпературных лабораториях мира ток, хотя и не очень большой, в течение многих лет, не теряя энергии, циркулировал по сверхпроводящим свинцовым кольцам, погруженным в жидкий гелий. [c.152]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...