superconductibilitatea metalelor

metale Supraconductibilitatea a fost descoperit în 1911 și natura sa a fost clarificat în 1957. În teorie, așa numita temperatură de tranziție supraconductivitatii este asociată cu caracteristicile metalului în sine. Supraconductibilitate apare în acele cazuri în care electronii și ionii sunt atrase reciproc. Aceasta atractie este doar se aplică unora dintre electronii cu cea mai mare aproape de energie la Fermi ε energia F (numele dat de numele unui fizician italian proeminent Enrico Fermi, care a construit în 1942 primul reactor nuclear și a făcut o serie de descoperiri în domeniul fizicii). La zero absolut (T = 0 ° C) în non-supraconductor din metal toate electronii de conducție au o energie ε, mai mică sau egală cu £ F.

În crearea unui curent electric implică de fapt, doar electroni cu energie aproape de energia Fermi, iar pentru debutul supraconductibilitate atracție necesară între electroni. Dacă există o astfel de atracție, electronii cu direcții opuse ca pulsul ar lipi împreună, formând o pereche de electroni. Pentru a rupe această pereche de electroni nevoie de energie. În convențional, starea electronilor nepereche sunt împrăștiate în impuritățile încorporate în metal sau neomogenitățile care apar în metalul din cauza mișcării termice (fluctuație termică zăbrele). Când împrăștierea de electroni și mișcarea ordonată datorită rezistenței electrice a metalelor. Atunci când electronii sunt în stare pereche, ele nu sunt împrăștiate de vibrații cu zăbrele și o rezistență electrică dispare superconductivitatea are loc. Temperatura critică Tc corespunde energiei de împerechere. Prin Bardeen, Cooper și Schiffer temperatură critică

unde f ≈ 2,72; θ D - o temperatură caracteristică numită Debye aproximativ egală cu 500 ° K; g - o constantă proporțională cu forța de atracție dintre electroni egal cu ½.

Electronii în mișcare în vibrațiile cristal cu zăbrele excitat. In schimb, vibratii zăbrele poate afecta electronii disipa energia lor sau spunându-le. Fizica cuantică explică acest fenomen un set de fononi - cuante de vibrații mecanice. Un electron într-un solid în anumite condiții, este capabil să genereze fononi și capabile să absoarbă și să se disipeze. Procesul este posibil atunci când unul dintre electronii emiși fononic, iar celelalte absoarbe. O astfel de interacțiune corespunde atracția reciprocă a electronilor. In plus, electronii sunt forțe electrostatice de repulsie, slăbite datorită prezenței electroni și ioni care formează metal Dacă repulsie mai puternic electrostatică de atracție, asocierea de electroni are loc și superconductivitatea nu poate avea loc în metal. Dimpotrivă, în cazul în care atracția predomină, metalul devine un supraconductor. Moțiunea termică a metalului, crescând odată cu creșterea temperaturii, pauze de perechi de electroni, și la temperaturi de peste T c superconductivitatea dispare.

Fenomenul supraconductibilitate este legat de fenomenul de belșug. Pentru a menține curentul electric în supraconductor nu are nevoie de diferență de potențial extern. Purtătorul curentului electric în metal sunt electroni. Proprietatea supraconductibilității este, prin urmare, nimic altceva decât proprietatea lichidului belșug de electroni. Dar pentru lichidul de electroni într-un metal, schimbarea densitatea sa este asociată cu o cheltuială considerabilă de energie, deoarece acest lucru este împiedicat de forțele Coulomb între electronii și zăbrele, și între electronii înșiși. Modificarea densității electronice a lichidului dă starea electroneutralității, astfel încât intervalul corespunzător de oscilații de undă lungă, așa cum apare în plasmă începe cu o anumită frecvență finită. Când curentul de electroni „normale“ constante nu sunt accelerate, deoarece nici un câmp electric supraconductor. Atunci când câmp electric de curent continuu determină „normal“ 1N curent. supunându legea lui Ohm, cu eliberarea de căldură Joule. Acest efect devine apreciabil numai la ω / frecvențe 2tt δostatochno ridicată la penetrare adâncimea deveni comparabilă cu lungime de undă X și se observă în gama de microunde. La frecvențe mai mari chiar și curentul I n începe să suprascrie complet curent supraconductibilitate I s. Tranziția de la supraconductoare la starea normală va fi la frecvențele pentru care hν ≈ kT K.

Când direct și alternativ frecvența curentă mai mică de 10 MHz, există o scădere bruscă a rezistenței la zgâriere. La frecvențe mai mari, rezistența unui superconductor la o temperatură mai mică decât T c reține o valoare finită, cu atât mai mare cu cât frecvența.

In metale pure, trecerea la starea supraconductoare este însoțită de o scădere a conductivității termice. Acest lucru indică faptul că, în condițiile de electroni superconductivity încetează să interacționeze cu zăbrele și nu participă la transferul de căldură. Tranziția de la starea normală la o fază de tranziție supraconductoare este n-tip și însoțită de mici modificări în alte proprietăți ale supraconductor. Supraconductor (de bază) la distanță de la starea normală (excitat) la o stare la o temperatură mai mică decât T la diferența de energie lățime ≈ 10- 4 AE eV. Pierderea de electroni și zăbrele regiunii supraconductor conduce la o scădere rapidă a atenuare. Conform teoriei microscopice raportul coeficienților de atenuare ale fazelor supraconductoare și normale, se determină prin formula

Supraconductibilitate observate în unele metale, care ocupă o anumită zonă în sistemul periodic. Tabel. 1-1 prezintă metalele supraconductoare și valorile numerice ale temperaturii critice.

Supraconductibilitate este, de asemenea, găsit într-un număr mare de aliaje și mai mult de 50 de conexiuni. Aliaje m. E. Supraconductori dopate cu atomi ai altor elemente și alte tulburări ale rețelei, sunt de mare interes practic.

Supraconductibilitatea se observă în metalele supraconductoare și aliajele sub o anumită temperatură critică Tc. Aceasta trece prin curentul supraconductor și intensitatea câmpului magnetic corespunzător trebuie să fie sub valorile critice I k și T k. Valorile lui I k și T depinde de temperatura T și tind să zero, cu creșterea T T c. existenţa temperaturilor critice, a curenților și intensitatea câmpului magnetic Tc. i și H la o utilizare tehnică limitată supraconductibilitatii. Astfel, temperatura critică a plumbului este ° K 7,3, un aliaj de niobiu cu staniu (Nb 3 Sn) ° K 18,1 (cunoscut temperatura critică ridicată). Pentru temperaturi sub 18 ° K folosind hidrogen lichid și heliu (punctul de fierbere la presiune atmosferică sunt, respectiv, 4,2 și 20,4 ° C).