szupravezetés fémek

fémek szupravezetés fedezték fel 1911-ben és annak jellegét pontosította 1957 Elméletileg, az úgynevezett szupravezetés átmeneti hőmérséklete van társítva a jellemzői a fém is. A szupravezetés megjelenik azokban az esetekben, amikor az elektronok és ionok kölcsönösen vonzódnak. Ez a vonzás csak az, hogy az elektronok a legnagyobb energia közel a Fermi energia ε F (a neve, a neve egy prominens olasz fizikus Enrico Fermi, épült 1942-ben, az első nukleáris reaktor, és egy sor olyan felfedezések a fizika). Az abszolút nulla (T = 0 ° C) a nem-szupravezető fém minden vezetési elektronok energiája ε, kisebb vagy egyenlő, e F.

A teremtés az elektromos áram ténylegesen jár csak az elektronok energia közel a Fermi energia és a szupravezetés szükséges vonzás elektronok között. Ha van ilyen vonzereje, az elektronok ellentétes irányban, mint az impulzus lenne összeragadnak, amely egy pár elektronok. Megtörni ezt a pár elektronok kell egy kis energiát. A hagyományos, állam a párosítatlan elektront szét vannak szórva a szennyeződések ágyazva a fém, vagy inhomogenitások előforduló fém miatt hőmozgást (termikus ingadozás rács). Amikor szórási az elektronok és a megrendelt mozgás miatt az elektromos ellenállás a fémek. Amikor az elektronok vannak párosítva állapotban, azokat nem szórt rácsrezgéseinek és elektromos ellenállás eltűnik szupravezetés jelentkezik. A kritikus hőmérséklet Tc megfelel a párosítás energiát. By Bardeen, Cooper, és Schiffer kritikus hőmérséklet

ahol f ≈ 2,72; θ D - jellemző hőmérséklet úgynevezett Debye körülbelül egyenlő 500 ° K; g - állandó arányos az erő a vonzás az elektronok között egyenlő ½.

Az elektronok állásfoglalásra a kristályrács rezgéseket gerjesztve. Ezzel szemben, rácsrezgések hatással lehet az elektronok eloszlatni az energiát, vagy közölve. A kvantumfizika magyarázza ezt a jelenséget egy sor fonon - kvantum mechanikai rezgések. Egy elektron szilárd bizonyos körülmények között képes generálni fonon, és képes abszorbeálni és szétoszlott. Process akkor lehetséges, ha az egyik emittált elektronok fonon, és a többi elnyeli. Az ilyen kölcsönhatás megfelel a kölcsönös vonzás az elektronok. Ezen túlmenően, az elektronok elektrosztatikus taszítás erők, gyengült jelenléte miatt az elektronok és ionok képező fém-Ha erősebb elektrosztatikus taszítás a vonzás, az elektron párosítás lép fel, és a szupravezetés nem fordulhat elő a fém. Épp ellenkezőleg, ha a vonzás uralkodik, a fém válik szupravezető. A termikus mozgás a fém, a növekvő hőmérséklet növelésével, megtöri elektron párokat, és feletti hőmérsékleten T c szupravezetés eltűnik.

A jelenséget a szupravezetés összefügg a jelenség szuperfolyékonyság. Ahhoz, hogy a villamos áram a szupravezető nem igényel külső potenciál különbség. A hordozó az elektromos áram a fém elektronokat. Az ingatlan szupravezetés tehát nem más, mint az ingatlan szuperfolyékonyság az elektron folyadék. De az elektron folyadék egy fém, változó a sűrűsége van társítva jelentős energiafelhasználással, mivel ez akadályozza meg Coulomb erők között az elektronok és a rács közötti, valamint az elektronok magukat. Megváltoztatása az elektronikus a folyadék sűrűségét adja a elektroneutralitás feltételt, így a megfelelő tartományban hosszú hullámú oszcillációk, ahogy előfordul a plazma kezdődik egy bizonyos véges frekvencia. Ha állandó áram „normális” elektronok nem gyorsult, mivel nem elektromos mező szupravezető. Amikor DC elektromos mező hatására a „normális” aktuális 1N. engedelmeskedik Ohm-törvény, a kibocsátást a Joule hő. Ez a hatás érzékelhető csak ω / 2π frekvenciákon δostatochno magas a behatolási mélység összehasonlíthatóvá válnak a hullámhossz λ, és megfigyelhető a mikrohullámú tartományban. Még magasabb frekvenciák a jelenlegi I n kezd teljesen felülírja a szupravezetés áram I s. Az átmenet a szupravezető a normális állapot lesz a frekvenciák, amelyek hv ≈ kT K.

Amikor közvetlen és váltakozó áram frekvenciája kisebb, mint 10 MHz, van egy éles csökkenés ellenállás karcolás. Nagyobb frekvenciákon, az ellenállás szupravezető alatti hőmérsékleten T c megtartja egy véges érték, annál nagyobb a nagyobb a frekvencia.

A tiszta fémek, az átmenet a szupravezető állapotba kíséri csökkenése hővezető. Ez azt jelzi, hogy körülményei a szupravezetés elektronok megszűnik, hogy befolyásolja a rács és nem vesznek részt a hőátadás. Az átmenet a normális állapot a szupravezető fázis átmenet n-típusú és kíséri kis változások más tulajdonságainak a szupravezető. Szupravezetős (alap) távoli normál állapotban (izgatott), hogy egy állam alatti hőmérsékleten T az energia rés szélessége AE ≈ 10- 4 eV. A veszteség az elektronok és a rács a szupravezető régió vezet gyors csökkenés csillapítás. Az elmélet szerint a mikroszkopikus aránya csillapítás együtthatók a szupravezető és a normál fázis határozza meg a képlet

A szupravezetés megfigyelhető egyes fémek, amelyek elfoglalják egy bizonyos területen a periódusos rendszerben. Táblázat. 1-1 mutatja a szupravezető fémek és azok számszerű értékeit a kritikus hőmérséklet.

A szupravezetés is megtalálható számos ötvözetek, és több mint 50 kapcsolatot. Ötvözetek m. E. A szupravezetők adalékolt atomok más elemek és más rendellenességek a rács, a nagy gyakorlati jelentősége.

A szupravezetés figyelhető meg a szupravezető fémek és ötvözetek alatt egy bizonyos kritikus hőmérséklete, a Tc. Ez áthaladó szupravezető jelenlegi és a megfelelő mágneses térerősség alatt kell lennie a kritikus értékek I k és a T k. Az értékek a I k és a T, hogy függ a T hőmérséklet és hajlamosak nulla növekvő T T C. A létezését a kritikus hőmérsékleten, áramok és mágneses térerősséget Tc. I és H korlátozott műszaki felhasználásra szupravezetés. Így, a kritikus hőmérséklet az ólom 7,3 ° K, a nióbium ötvözet ón (Nb 3 Sn) 18,1 ° K (az ismert magas kritikus hőmérséklet). Alatti hőmérséklet 18 ° K folyékony hidrogén és hélium (a forráspontja, amelyek atmoszferikus nyomáson rendre 4,2 és 20,4 ° C).