Изотопический эффект

Свойство сверхпроводимости

Физические принципы создания современной эталонной базы. Использование явления сверхпроводимости.

Лекция №12.

Проявляется у некоторых материалов как резкое падение удельного сопротивления вплоть до нуля при температуре ниже определённого значения. Ныне известно свыше 500 чистых элементов и сплавов, обнаруживающих свойство сверхпроводимости.

У сверхпроводников заключается в том, что температуры Т_с обратно пропорциональны квадратным корням из атомных масс изотопов одного и того же сверхпроводящего металла.

Резкое уменьшение электрического сопротивления до нуля, наблюдаемое в некоторых материалах при низких температурах, получило название явления сверхпроводимости. В 1911 г. голландский физик Камерлинг-Оннес обнаружил, что при охлаждении ртути в жидком гелии её сопротивление сначала меняется постепенно, а затем при температуре 4,2 К очень резко падает до нуля. Это явление было названо сверхпроводимостью.

Первым фундаментальным свойством вещества в сверхпрово­дящем состоянии является идеальная проводимость.

Второе принципиальное свойство сверхпроводников – полное выталкивание магнитного поля.

В отличие от обычных проводников магнитное поле выталкивается из сверхпроводника. Явление это, присущее идеальным диамагнетикам, называется эффектом Мейсснера, открывшего его в 1933 г.

Другими словами, если бы сопротивление обычного проводника, находящегося в магнитном поле, при охлаждении обращалось в нуль, то в образце должно было бы сохраниться то магнитное поле, которое было в нем в момент перехода в сверхпроводящее состояние, т. е. магнитное поле должно было бы «заморозиться» в металле. Эффект же Мейсснера показывает, что магнитное поле в сверхпроводнике равно нулю, силовые линии магнитного поля выталкиваются из объема сверхпроводника.

Итак, явление сверхпроводимости можно определить, как появление в материале двух не связанных друг с другом свойств – идеальной проводимости и идеального диамагнетизма, хотя при сверхпроводимости наблюдаются также и другие явления – скачок удельной теплоемкости, небольшое изменение объема, резкое уменьшение поглощения ультразвука.

Сверхпроводящее состояние вещества существенно зависит от магнитного поля. При воздействии магнитного поля достаточной величины сверхпроводящее состояние разрушается.

Квантово-механическая теория явления сверхпроводимости рассматривает его как сверхтекучесть электронов в металле с присущим сверхтекучести отсутствием трения. Электроны проводимости движутся в сверхпроводнике беспрепятственно – без «трения» о неоднородности кристаллической решетки. Основная особенность сверхпроводников заключается в том, что в них возникает взаимное притяжение электронов с образованием электронных пар.

Для того чтобы разрушить состояние сверхпроводимости, необходима затрата определенной энергии. При температуре Т = Т_c происходит нарушение связанных состояний электронных пар, прекращается притяжение между электронами и явление сверхпроводимости перестаёт существовать.