Сверхпроводящее состояние металлов

Сверхпроводящее состояние металлов [c.192]

СВЕРХПРОВОДЯЩЕЕ СОСТОЯНИЕ МЕТАЛЛОВ [c.193]

Для шара переход из сверхпроводящего состояния в промежуточное начинается при значении внешнего магнитного поля, равном Va и заканчивается, когда внешнее поле достигает Поле Як, которое разрушает сверхпроводящее состояние металла, получило название критического поля. [c.193]

Нормальное—сверхпроводящее состояние металлов [c.194]

НОРМАЛЬНОЕ-СВЕРХПРОВОДЯЩЕЕ СОСТОЯНИЕ МЕТАЛЛОВ 195 [c.195]

НОРМАЛЬНОЕ—СВЕРХПРОВОДЯЩЕЕ СОСТОЯНИЕ МЕТАЛЛОВ [c.197]

Найти уравнение кривой равновесия между нормальным и сверхпроводящим состояниями металлов из общего уравнения равновесия двух фаз однокомпонентной системы. [c.199]

НОРМАЛЬНОЕ—СВЕРХПРОВОДЯЩЕЕ СОСТОЯНИЕ МЕТАЛЛОВ 201 [c.201]

Равновесная энергия сверхпроводящего состояния металла по отношению к энергии нормального состояния может быть определена с помощью калориметрических или магнитных измерений. Сначала выполняются прямые измерения теплоемкости нормального металла в магнитном поле и сверхпроводящего в отсутствие поля. Далее, используя величину разности теплоемкостей, мы найдем разность энергий при абсолютном нуле, т. е. равновесную энергию сверхпроводящего состояния. При этом, пользуясь измерениями теплоемкости, мы предполагаем, что термодинамические свойства нормального состояния не зависят от поля. Равновесную энергию и свободную энергию можно получить также, определив напряженность магнитного поля, при которой происходит разрушение сверхпроводящего состояния и переход в нормальное состояние. [c.436]

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]

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]

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

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]

Значения и /, приведенные для сверхпроводящих элементов, получены из измерений в нормальном состоянии. Атомная теплоемкость решетки в сверхпроводящем состоянии должна соответствовать тому же значению Однако в настоящее время нельзя утверждать, что для металлов в сверхпроводящем состоянии можно найти одинаковое выражение величины электронной тен.лоемкости Се( ) через параметры, определяемые для каждого данного элемента. (Выражения, предложенные для Се( ), и трудности, возникающие при их ирименении, обсуждаются в и. 33.) Поэтому мы не приводим аналитических выражений для e s) п Для более подробного ознакомления с вопросом отсылаем читателя к оригинальным работам. [c.335]

Высокочастотное сопротивление. Проводя обширные исследования поверхностного сопротивления металлов на ультравысоких частотах, Пиппард [160] исследовал и изменения X с температурой. Легче всего поддаются интерпретации данные об изменении резонансной частоты системы при переходе из сверхпроводящего состояния в нормальное. При достаточно низких температурах изменения резонансной частоты пропорциональны разности [c.644]

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

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]

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]

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]

Одна из основных трудностей в создании теории сверхпроводимости заключалась в том, что было неясно, какое взаимодействие в систбхме электронов проводимости приводит к согласованному поведению электронов. Мы знаем, что электроны проводимости в металле обладают энергиями в несколько электронвольт ( — Е-р), а сверхпроводящее состояние разрушается при эВ. Та- [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]

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]

Рядом авторов было высказано предположение о том, что анохмально высокое теплосопротпиление в промежуточном состоянии может быть обусловлено рассеянием электронов либо фононов на внутренних границах между нормальными и сверхпроводящими областями. Для чистых металлов в области температур жидкого гелия, где как в сверхпроводящем состоянии, так [c.305]

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]

Эксперименты по исследованию теилоироводности других материалов будут рассмотрены в п. 78. В случае несверхпроводящих металлов теплопроводность остается достаточно высокой вплоть до очень низких температур, поскольку она обусловлена главным образом свободными электронами ([170], стр. 187) и пропорциональна Т. Однако для металлов в сверхпроводящем состоянии теплопроводность оказывается намного меньшей. [c.560]

Наконец, перечислим металлы, которые не перешлп в сверхпроводящее состояние вплоть до указанных в скобках температур. Золото (0,05° К), медь (0,05° К), висмут (0,05° К), магнии (0,05° К) и германий (0,05° К) были исследоваиы Кюрти и Симоном [260] кремний (0,073° К), хром (0,082° К), сурьма (0,152° К), вольфрам (0,070° К), бериллий (0,064° К) и родий (0,086° К) исследовались Алексеевским и Мигуновым [315] литий (0,08° К), натрий (0,09° К), калий (0,08° К), барий (0,15° К), иттрий (0,10° К), церий (0,25° К), празеодим (0,25° К), неодим (0,25°К), марганец (0,15° К), палладий (0,10° К), иридий (0,10° К) и платина (0,10° К) изучались Гудменом [316] кобальт (0,06° К), молибден (0,05° К) и серебро (0,05° К) были исследованы Томасом и Мендозой [317]. [c.589]

При исследовании сверхпроводящих металлов мы сталкиваемся со следующей трудностью. Большое поле, используемое для адиабатического размагничивания, временно переводит образец в песверхпроводящее состояние, и иногда после размагничивания в металле оказывается замороженным маг-HHTHbiii поток. Поскольку теплопроводность в нормальном состоянии намного выше, чем в сверхпроводящем состоянии, это обстоятельство приводит к появлению ложных эффектов. По этой причине медный стержень В делается достаточно длинным II применяется железный экран /. [c.589]

Эффект Мейснера. В настоящее время установлено, что магнитные свойства металлов в сверхпроводящем состоянии также необычны, как и электрические. До 1933 г. молчаливо иреднолагалось, что магнитные свойства сверхпроводников целиком предопределяются пх бесконечной проводимостью. Мейснер и Оксенфельд [141J подвергли этот вывод экспериментальной проверке и обнаружили, что он неправилен. [c.612]

Согласно Фаберу, дефекты представляют собой ограниченные области, в которых поверхностное натяжевше границы разде.та отрицательно. Эти области находятся в сверхпроводящем состоянии, когда образец переохлажден, и служат стабильными зародышами. Однако росту этих зародышей препятствует положительное поверхностное натяжение границ раздела в основной массе металла. Такое положение сохраняется до тех пор, иока поле не будет сн11жено до величины значительно меньше критической. Рассматривая простую модель дефектов, Фабер показал, что количество зародышей переохлаждения определяется их разлгерами и формой, а также параметром поверхностной энергии А, прпчем для дефектов любой формы величина (1—пропорциональна А. Экспериментальные данные хороню согласуются с предложенной моделью. Хотя степень переохлаждения меняется от дефекта к дефекту, для всех дефектов она одинаково зависит от температуры. Различие в степени переохлаждения не представляет особого интереса, так как оно, вероятно, связано с различием в размерах и форме зародышей. Единая температурная зависимость степени переохлаждения [c.658]

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]

ГИЮ, не сущестьовало. Фрслих вычислил энергию взаимодействия с помощью теории возмущений второго порядка. Он показал, что если взаимодействие достаточно велико, то, когда тонкий слой электронов, близких к поверхности Ферми нормального металла, смещается вверх на небольшое расстояние в к-пространстве, энергия при абсолютном нуле уменьшается. Он предположил, что такое оболочечное распределение представляет сверхпроводящее состояние. Детали теории вызывают серьезные сомнения, ибо из критерия сверхпроводимости, а именно из условия, что оболочечное распределение имеет меньшую энергию, чем нормальное, вытекает, что взаимодействие должно быть велико и, следовательно, теория возмущений становится неприменимой. По-видимому, основы теории правильны, однако, чтобы дать надежную картину природы сверхпроводящего состояния, требуются более совершенные математические методы ). Более подробно теория Фре-лиха рассмотрена в п. 42. [c.755]

Заключительные замечания. Хотя существует некоторое качественное представление о природе сверхпроводящего состояния, мы до сих пор не имеем строгой математической теории или даже физической картины различия между нормальным п сверхпроводящим состояниями. Сверхпроводник представляет собой упорядоченную фазу, в которой квантовые эффекты распространяются на большие расстояния в пространстве (порядка 10 см для чистых металлов). Эта большая протяженность волновых пакетов, несомненно, объясняет магнитные свойства сверхпроводников. Как и в случае других фазовых переходов второго рода, сверхпроводник, по-видимому, характеризуется некоторым параметром порядка, который обращается в нуль в точке перехода. Однако существуюпцге физические толкования параметра упорядочения неубедительны, и у нас нет никакого представления о том, как параметр упорядочения связан с реальными величинами. [c.777]

Это соотношение не содержит Айв точности совпадает с тем, которое нолучаотся из теории аномального скип-эффекта в нормальном металле. Такой результат является естественным. Однако в этом случае мы не можем ограничиться только основным членом. Для того чтобы обнаружить отличие сверхпроводящего состояния от нормального, необходимо учесть также члены следующего порядка. Именно поэтому в формулах (5.17) — (5.19) основное выражение дополнено малым членом, [c.910]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...