Криопроводники и сверхпроводники

К криопроводникам и сверхпроводникам относятся металлы, работающие при очень низких (криогенных) температурах, приближающихся к абсолютному нулю. Явление сверхпроводимости было открыто В. Камерлинг-Оннесом в 1911 году. Им было обнаружено, что при охлаждении до температуры сжижения гелия сопротивление замороженной ртути резким скачком падает практически до нуля, во всяком случае, до значения столь малого, что оно не поддается измерению. В настоящее время известно 35 таких металлов и большое количество сплавов и химических соединений, у которых при очень низких температурах удельная проводимость становится практически бесконечной величиной. Наличие у вещества такой проводимости называется сверхпроводимостью, а температура , при которой вещество переходит в сверхпроводящее состояние, называется температурой сверхпроводящего перехода. Вещества, переходящие в сверхпроводящее состояние, называются сверхпроводниками. Этот переход является обратимым: при повышении температуры до значения сверхпроводимость исчезает и вещество переходит снова в обычное состояние с конечным значением удельной электропроводности. Современная теория сверхпроводников объясняет это явление взаимодействием электронов друг с другом через посредство кристаллической решетки и образованием связанных пар электронов, т.е. так называемых куперовских пар. Из-за электростатического притяжения электрон слегка притягивает ближайший к себе ион, тот, в свою очередь подтягивает к себе другой электрон (находящийся по другую сторону нона). Эти два электрона имеют противоположные спины и отталкиваются, будучи одноименно заряженными. В некоторых металлах при весьма низких температурах притяжение через посредство решетки оказывается сильнее этого отталкивания, и электроны связываются попарно. Т.к. энергия связи электронов в паре невысока, то каждая такая пара существует ограниченное время. В целом энергия электронной системы из-за этого процесса спаривания уменьшается и металл переходит в сверхпроводящее состояние. При этом электронные пары не испытывают рассеяния, что и приводит к почти полному исчезновению сопротивления. Ток, наведенный в замкнутом контуре из сверхпроводника, может существовать сколь угодно долго. При этом сверхпроводники представляют собой идеальные диамагнетики: магнитное поле, пронизывающее сверхпроводник, выталкивается из него при условии, что напряженность внешнего магнитного поля не превышает определенного критического значения . В противном случае сверхпроводящее состояние разрушается. В зависимости от характера перехода из сверхпроводящего состояния в обычное при увеличении напряженности магнитного поля различают сверхпроводники 1-го и 2-го рода. К сверхпроводникам 1-го рода относятся  свинец, ртуть, индий, олово, алюминий, у которых переход в нормальное состояние происходит скачком. У сверхпроводников 2-го рода этот переход происходит постепенно (ниобий, ванадий и технеций, а так же большое число сплавов и химических соединений). Сверхпроводящие свойства отмечены также у полупроводников, например у антимонида индия InSb, и даже у диэлектриков - серы и ксенона.

 Таблица  2.1

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: