Сверхпроводимость

Камерлинг-Оннес открыл замечательное явление – сверхпроводимость. Он обнаружил, что при

охлаждении ртути в жидком гелии её сопротивление сначала меняется постепенно, а затем при температуре 4,1 К очень резко падает до нуля. Позже было открыто много других сверхпроводников:
1912: свинец и олово.
1919: таллий и уран.

сложные оксидные соединения лантана, бария, и других элементов с температурой

перехода в сверхпроводящее состояние около 100 К. Это выше температуры кипения жидкого азота при атмосферном давлении. Высокотемпературная сверхпроводимость в недалёком будущем приведёт, наверняка, к новой технической революции во всей электротехнике, радиотехнике, конструировании ЭВМ.

Рис.1

электрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определённого значения. Известны

несколько десятков чистых элементов, сплавов и керамик, переходящих в сверхпроводящее состояние.
Если в кольцевом проводнике, находящемся в сверхпроводящем состоянии, создать ток, а затем устранить источник электрического тока, то сила этого тока не меняется сколь угодно долго. В обычном же несверхпроводящем проводнике электрический ток в этом случае прекращается.

Сверхпроводимость

(сверхпроводящих керамик) с общей структурной особенностью, которую можно охарактеризовать относительно

хорошо выделенными медно-кислородными плоскостями. Их также называют сверхпроводниками на основе купратов. Температура сверхпроводящего перехода, которая может быть достигнута в некоторых составах в этом семействе, является самой высокой среди всех известных сверхпроводников.

рис.2 приведена для примера структура элементарной ячейки ВТСП-соединения YBa2Cu3O7. Обращает

на себя внимание очень большая величина параметра решетки в направлении оси «с». Для YBa2Cu3O7 с=11.7Å.

Рис.2

Рис.3

с большими n - металлы (хотя и плохие) в плоскости

«ab», и обнаруживают полупроводниковое поведение в третьем направлении, вдоль оси «с». Но при этом они являются сверхпроводниками.
В некоторых ВТСП-системах наблюдается сверхструктурная модуляция решетки, например, в системе Bi2Sr2Can-1CunOδ. Имеется определенная корреляция Тc с периодом этой модуляции.

так называемые «страйпы». «Страйпы» представляют собой сверхструктурную модуляцию зарядовой плотности.

Их период составляет несколько ангстрем. Как правило, это динамические образования и они проявляются в изменении некоторых свойств ВТСП. Однако при введении примесей они могут «запиннинговаться» на этих дефектах и будут наблюдаться в статике.

R(T) зависит практически линейно от температуры. Пример для YBa2Cu3O7 приведен

на рис. Это сопротивление измерено в плоскости “ab”. Удивительно, что в чистых образцах экстраполяция этой зависимости в область низких температур ведет себя так, как будто остаточное сопротивление совершенно отсутствует

Рис.4

сверхпроводимость магнитным полем, зависимость R(T) линейна вплоть до очень низких

температур. Такая линейная зависимость наблюдается в очень широкой области температур: от ~10-3 до 600К. Это совершенно необычное поведение для металла. Данное явление не объяснено до сих пор

ВТСП-соединения YBa2Cu3O7 вдоль оси «с». Ход полупроводниковый, а наблюдаемая величина

сопротивления приблизительно в 1000 раз больше.

Рис.5

− псевдощель ∆*. При некоторой температуре Т*>Tc плотность состояний на

поверхности Ферми перераспределяется: на части поверхности плотность состояний уменьшается. Ниже температуры Т* соединение существует в несколько необычном «нормальном» состоянии – состоянии с псевдощелью. Величина Т* при низком уровне легирования может достигать значений 300-600К для разных ВТСП-систем, т.е. сильно превосходить Тc. В области слабого легирования Т* падает с ростом уровня легирования, в то время как Тс растет.

BiSrCaCuO [4]. Величина псевдощели определялась по измерениям туннелирования (квадраты), теплоемкости

(точки) и методом ARPES (ромбы). Пунктирная линия ∆(p)=5kTc(p)

Рис.6

В зависимости от концентрации носителей тока (как правило, дырок) в

высокопроводящей плоскости CuO2 наблюдается целый ряд фаз и областей с аномальными физическими свойствами.

Рис.7

Рис.8

электромагниты со сверхпроводящей обмоткой, которые создают магнитное поле на протяжении

длительных интервалов времени без затрат энергии. Ведь выделения теплоты в сверхпроводящей обмотке не происходит.
Сверхпроводящие магниты используются в ускорителях электромагнитных частиц, магнитогидродинамических генераторах, преобразующих механическую энергию струи раскалённого ионизированного газа, движущегося в магнитном поле, в электрическую энергию.

с помощью сверхпроводника нельзя. Очень сильное магнитное поле разрушает сверхпроводящее

состояние. Поэтому для каждого проводника в сверхпроводящем состоянии существует критическое значение, превзойти которое, не нарушая сверхпроводящего состояния, нельзя.
2. Если бы удалось создать сверхпроводящие материалы при температурах, близких к комнатным, то была бы решена важнейшая техническая проблема – передача энергии по проводам без потерь.
3. Объяснение сверхпроводимости возможно только на основе квантовой теории. Оно было дано лишь в 1957 году американскими учёными Дж. Бардиным, Л. Купером, Дж. Шриффером и советским учёным, академиком Н. Н. Боголюбовым.

32,-№6.-p.740-745.
2. J.G.Bednorz, K.A.Muller , Rev. Mod. Phys.,- B, 64,- P.189-(1988).
3.

Физические свойства высоко-температурных сверхпроводников. Под. ред. Д.М.Гинзберга. М:. «Мир», 1990, 544 С.
4. Садовский М.В. УФН 171 539 (2001) [Sadovskii M.V. Phys. Usp. 44 515 (2001)].
5. C. Renner et al. Phys. Rev. Lett. 80, 3606 (1998); S.H. Pan et al. Phys. Rev. Lett. 85, 1536 (2000).
6. Интернет: http://ellphi.lebedev.ru/11/pdf10.pdf
http://www.chem.msu.su/rus/teaching/vtsp/12.html - рис.1