İletkenin müqaviməti temperaturdan asılıdır. Metalları qızdırdıqda müqavimət artır, soyudarkən müqavimət azalır. Dirijorun temperaturu sıfıra enəndə super keçiricilik deyilən bir fenomen meydana gələ bilər.

Kəşf hekayəsi

Super keçiriciliyin kəşfi Hollandiyalı fizik H. Kamerlinq-Onnesə aiddir. Maye heliumda civəni soyudu. Əvvəlcə müqavimət tədricən azaldı, sonra müəyyən bir istiliyə çatdıqdan sonra müqavimət kəskin şəkildə sıfıra endi. Bu fenomen super keçiricilik adlanırdı.

Bununla birlikdə, superkeçiricilik fenomeninin mahiyyətini yalnız 1957-ci ildə izah edə bildilər. Kvant nəzəriyyəsi əsasında verilmişdir. Böyük bir sadələşdirmə ilə super keçiriciliyi aşağıdakı kimi izah etmək olar: elektronlar cərgələrdə birləşir və kristal qarmaqla toqquşmadan hərəkət edirlər. Bu hərəkət heç də adi xaotik istilik hərəkəti kimi deyil.

1986-cı ildə aşağı temperaturlu super keçiricilik ilə yanaşı, yüksək temperaturlu super keçiricilik də aşkar edilmişdir. 100 K temperaturda super keçiricilik vəziyyətinə keçən mürəkkəb birləşmələr yaratdı.

Super keçirici xüsusiyyətlər

• Kritik temperatur, bir maddənin həddindən artıq keçirici vəziyyətə keçdiyi temperaturdur. Super keçiricilik fenomeni metallarda və onların ərintilərində baş verir çox aşağı temperaturda  (təxminən 25 K və aşağı). Müəyyən maddələrin kritik istiliyini göstərən istinad süfrələri var.
• Super keçiricilikdə müqavimət olmadığından, buna görə də istilik yaranmır  elektrik cərəyanının keçiricisindən keçərkən. Super keçiricilərin bu mülkiyyəti geniş istifadə olunur.
• Hər super keçirici üçün var kritik cərəyan  bir super keçiriciliyini pozmadan əldə edilə bilər. Bunun səbəbi, cərəyan axdıqda, dirijorun ətrafında bir maqnit sahəsi yaranır. Bir maqnit sahəsi həddindən artıq keçirici vəziyyəti məhv edir. Buna görə, super keçiricilər ixtiyari güclü bir maqnit sahəsi əldə etmək üçün istifadə edilə bilməz.
• Enerji bir super keçiricidən keçir itkiləri baş vermir. Müasir fiziklərin tədqiqat sahələrindən biri otaq temperaturunda çox keçirici materialların yaradılmasıdır. Bu problem həll edilə bilərsə, ən vacib texniki problemlərdən biri həll ediləcəkdir - itkisiz tellər vasitəsilə enerji ötürülməsi.

Perspektivlər

Yüksək istilik super keçiriciliyi  - Bu, sonradan elektronika, elektrik mühəndisliyi və radiotexnika sahəsində yeni bir texniki inqilaba səbəb ola biləcək çox perspektivli bir tədqiqat sahəsidir. Bu sahədəki son məlumatlara görə, əldə edilmiş super keçiricilik dərəcəsinin maksimal kritik temperaturu 166 K-dir.

Tədricən otaq istiliyində üstün keçirəcək materialların kəşfinə yaxınlaşırıq. Bu texnologiya dünyasında bir irəliləyiş olacaq. Elektrik enerjisi itkin olmadan istənilən məsafədə ötürülə bilər.

Bunun üçün, bəlkə də, bir neçə tarixi xatırlatmaq və Leyden Laboratoriyasında Hollandiyalı fizik Camerling-Onkes, yeni keçiricilik fenomenini kəşf etdiyi 1911-ci ildən başlamaq lazımdır. Sonra ultra aşağı bir temperatur əldə edən və mənfi 269 dərəcədə heliumu maye halına gətirən ilk oldu. Nəhayət, maye heliumdakı maddələri sərinlətmək və xüsusiyyətlərini tamamilə yeni, indi mövcud temperatur aralığında öyrənmək mümkün oldu.

O dövrdə çoxları (Onnes eyni fikirdə idi), -273 dərəcəyə yaxınlaşdıqda kimsənin elektrik müqavimətinin sıfıra enməsi lazım olduğuna inanırdı. Nəhayət onu yoxlamaq nə qədər cəlbedici idi! Lakin təsdiqləmə nəticə vermədi. Bəlkə çirkləri günahlandırmaq olar? Çox təmiz bir vəziyyətdə araşdırıla bilən uyğun bir metal, Onnes civə tapdı. Və həqiqətən - metalların elektron nəzəriyyəsi ilə proqnozlaşdırıldığı kimi - temperaturun azalması ilə civə müqaviməti təbii olaraq azaldı. Birdən müqavimət tamamilə yox olduqda, hər şey dörd dərəcəyə keçdi. Birdən yox oldu, dərhal - bir atlama içində.

Ancaq Omnes bunu olduqca sakitcə qəbul etdi. Bunu elektrik müqavimət nəzəriyyəsinin təsdiqi olaraq götürdü və tapdığı yeni civə vəziyyətini "həddindən artıq keçirici" adlandırdı. Lakin tezliklə sıfıra qarşı bir paradoksal atlamanın heç bir nəzəriyyə ilə izah edilə bilmədiyi və Onnesin ümid etdiyi şeylərdən tamamilə fərqli bir şey kəşf etdiyi məlum oldu.

Metalda nələr dəyişə bilərdi, niyə müəyyən bir temperaturda (Onnes kritik adlandırdı) elektronların hərəkətinə heç bir şey mane olmur, niyə kristal qəfəsin atomları ilə qarşılıqlı əlaqəni dayandırırlar və ya fiziklərin dediyi kimi, panik titrəmələri ilə dağılmağı dayandırırlar?

Yəqin ki, maddənin müqaviməti hələ də qalır, o qədər kiçik olur ki, hətta ölçülə bilməz? Həm Onnesin özü, həm də bir çox təcrübəçi bu qalıcı müqaviməti "tutmağa" çalışdılar. Super keçirici bir üzükdə elektrik cərəyanının azalması ilə müqavimət dəyərini qiymətləndirmək üçün ən həssas metodlardan istifadə etdilər. Bu təcrübələr son vaxtlara qədər davam etdi və elektrikli bir cərəyan ilə həddindən artıq keçirici qurğuşun halkasının təxminən üç il ərzində maye heliumda saxlanıldığı məşhur Collins təcrübəsində sona çatdı.

Ən həssas üsullar cərəyanın azalmasını aşkar etmədi. Beləliklə, yalnız yaxşı elektrik keçiriciliyi deyil, həm də super keçiricilik. Təcrübəni davam etdirməyə ehtiyac yox idi: o, bir super keçiricinin "müqavimətinin" saf misin özündən daha az bir milyard dəfə az olduğunu göstərdi.

22 saniyədən əvvəl keçdi, bundan da heyrətləndirici bir kəşf edildi. Məlum oldu: super keçiricilik yalnız "ideal keçiricilik" deyil, həm də "ideal diamagnetizm" dir. Xatırladaq ki, diamaqnetika, maqnit sahəsi ilə uyğun olmayan maddələrdir. Bir maqnit sahəsinə yerləşdirilərək onu özlərindən kənarlaşdırmağa meyl edirlər və kosmosda sahənin gücünün minimal olduğu bir yer tuturlar. İdeal bir diamagnet olaraq, bir super keçirici öz içindəki ən kiçik bir maqnit sahəsinə dözmür. Beləliklə, 1933-cü ildə, sıfır müqavimət və sıfır maqnit sahəsinin bir super keçirici bir vəziyyətin iki xüsusiyyəti olduğu məlum oldu.

Tədricən, Avropa və Amerikanın bütün ən böyük mərkəzlərində super keçiricilik üzərində iş getməyə başladı. Ən böyükündə - çünki ən güclü elmi qurumlar bahalı soyutma qurğuları və helium maye qaz zavodlarını saxlaya bilər.

Lakin nə baha qiymət, nə də maye heliumun çatışmazlığı fiziklərə illər ərzində çox sayda faktiki material toplamağa mane olmurdu - yüzlərlə yeni super keçiricini kəşf edərək bir sıra tamamilə gözlənilməz effektləri aşkar etdi. Artıq min bir çox keçirici maddə - elementlər, birləşmələr, ərintilər haqqında bilirik. Bunların arasında - dövri sistemin dövri cədvəlinin iyirmi elementdən çoxu, texnetiuma qədər, təbii şəraitdə yer üzündə olmayan bir metal (nüvə reaktorlarında süni şəkildə əldə edilir). Aşınma keçirici elementlərdən ibarət olan metal ərintilər və qeyri-üzvi birləşmələr və ən təəccüblüsü də bunları ehtiva etməyən super keçiriciliyə sahib olduqları ortaya çıxdı. Uzun müddət niobium nitridi (-259 dərəcə) ən yüksək kritik temperaturda qurğuşun idi, sonra vanadiy silidisi üçün -256 dərəcədə super keçiricilik aşkar edildi və 1954-cü ildə rekord bir yüksək kritik temperatur qeyd edildi: stannid niobium üçün -254,8 dərəcə qalay ilə niobium).

Bəzi xüsusiyyətlərə görə əsasən maqnetik, super keçirici maddələr birinci və ikinci növ super keçiricilərə bölünməyə başladı. Yüksək kritik temperaturu olan bütün maddələr ikinci növ super keçiricilər oldu. Digər vacib xüsusiyyətləri aşkar etdilər: kritik maqnit sahəsinin yüksək dəyərləri və kritik cərəyan sıxlığı. Bu nə deməkdir? Məlum idi ki, həddindən artıq keçiriciliyi yalnız kritik temperaturdan yuxarı qaldırmaqla deyil, həm də maqnit sahəsi ilə hərəkət etməklə "məhv etmək" olar. Beləliklə, bu birləşmələrin nümunələri bir kvadrat santimetr hissəyə bir milyon amper qədər sıxlığı olan cərəyanların üstün bir maqnit sahəsində keçdikləri təqdirdə də, üstün keçirici olaraq qaldı.

Həmin illərdə super keçiricilik digər tərəfdən də güclü şəkildə hücum edildi. Heliumun olmamasından, avadanlıqların mürəkkəbliyindən və yüksək qiymətindən şikayət etmədilər. Teoristlər digər çətinliklərlə - riyazi çətinliklərlə üzləşdilər. Kim yalnız super keçiricilik sirrini həll etməyib. Yalnız 1957-ci ilə qədər əngəllər sonda aradan qaldırıldı.

Super keçiriciliyin kəşfi

Beləliklə, super keçiriciliyin ümumi nəzəriyyəsi ortaya çıxdı. Onun əsas fikri budur. Eyni işarənin parçaları - Coulomb qanununa görə - bir-birlərindən geri çəkilməlidir. Əlbəttə, bu qanun super keçiricilərdə də müşahidə olunur. Ancaq belə bir qarşılıqlı əlaqədən başqa bir metalda başqa bir şeyin ola biləcəyi ortaya çıxır - bir ara vasitə ilə elektronlar arasında yaranan zəif bir cazibə. Bu vasitə metal qəfəsin özü və ya daha doğrusu titrəmələridir. Beləliklə, bu cazibə daha çox itələyici qüvvələrə çevrildikdə şərait yaranarsa, super keçiricilik qurulur.

İndi heç kim şübhə etmir ki, nəzəriyyə əsasən super keçiriciliyin təbiətini düzgün izah edir. Ancaq bu, bütün problemlərin həll olunduğu deməkdirmi? Teoroloqlardan soruş: "Niyə qalayın kritik bir temperaturu 3,7 dərəcə, niobiumun isə 9,2 var?" Təəssüf ki, bu qədər vacib suallardan əvvəl nəzəriyyə bu günə qədər uğursuz olur ...

Fizikada adi bir yol: fenomeni kəşf etdi - izah etdi - istifadə etməyi öyrəndi. Çox vaxt nəzəriyyənin inkişafı və tətbiq üsullarının inkişafı paralel gedir. Əlbəttə ki, gündəlik həyatdan çox uzaq olan belə bir qeyri-adi bir ərazidə, super keçiricilik kimi, "tətbiqetmə" sözü həmişəkindən bir az fərqli şəkildə başa düşülməlidir - bunlar traktor və ya paltaryuyan maşın deyillər. Tətbiq etmək unikal effektlərdən istifadə etmək, onları "işləmək" deməkdir. Birincisi, səs-küylü uğurlar və sensasiyalar olmadan, yalnız laboratoriyada icazə verin.

Bəs super keçirici bir maqnit düzəltməyə çalışsanız nə olacaq? - Belə bir sual ötən əsrin iyirminci illərində yaranmışdı. Ən güclü maqnit sahələrinin elektromaqnitlərdən istifadə edildiyi məlumdur. Gücü 20 minə qədər olan meyvələr bu metoddan nisbətən ucuz qurğularda olduqca uğurla istifadə edilə bilər. Və daha güclü sahələrə ehtiyacınız varsa - yüz və ya daha çox min oersted? Mıknatısların gücü milyonlarla vatt qədər yüksəlir. Onları xüsusi yarımstansiyalar vasitəsilə qidalandırmaq lazımdır və bir maqnitin suyun soyudulması dəqiqədə minlərlə litr su istehlakını tələb edir.

Maqnit sahəsi - elektrik cərəyanı - vahid bir zəncirdə birləşdirilmiş müqavimət. Bu böyük, mürəkkəb və bahalı cihazların əvəzinə, həddindən artıq keçirici bir teldən miniatür bir rulon düzəltmək, maye heliuma yerləşdirmək və sadə bir batareyadan alaraq, super maqnit sahələrini əldə etmək cazibədar olardı. Bu fikri daha sonra reallaşdırmaq mümkün oldu - yalnız yüksək tənqidi sahələri və cərəyanları olan yeni materiallar aşkar edildikdə: əvvəlcə niobium, sonra sirkonyum ilə niobium bir ərintisi, titan. Və nəhayət, niobium qalaydır. Dünyadakı bir çox laboratoriyada, portativ super keçirici maqnitlər artıq işləyir, 100 minə yaxın oersted sahələri istehsal edir. Maye heliumun yüksək qiymətinə baxmayaraq, belə maqnitlər adi məhsullardan daha xeyirlidir.

Super keçiriciliyin tətbiqi

Güclü maqnit sahələri super keçiriciliyin mümkün və qismən həyata keçirildiyi bir çox sahədən biridir. Fiziki eksperimentin ən dəqiq alətləri super keçirici qalvanometrlər və radiasiya detektorları, mikrodalğalı texnologiya üçün və ağır hissəciklərin xətti sürətləndiriciləri üçün super keçirici örtüklü rezonatorlar, sürtünmə olmadan super keçirici rulmanlara əsaslanan elektron, elektrik mühərrikləri üçün maqnit linzalar, transformator və itkisiz ötürmə xətləri, maqnit ekranlar, enerji saxlama batareyaları və s. nəhayət, kompüterlərin miniatür və yüksək sürətli "yaddaş hüceyrələri" - bu günümüzdə tətbiq olunan super proqramın problemlərinin çox azaldılmış siyahısı keçiricilik.

Artıq deyirlər ki, bütün klassik elektrik mühəndisliyini elektrik cərəyanının adi keçiricilərində deyil, həm də keçirici materiallarda qurarsanız, yenidən "icad" edilə bilər.

Yaxşı, bir az xəyal qurursan? Həqiqətən, kosmosda, super keçirici cihazların işləməsi üçün ideal şərait, super keçiricilik üçün ideal şərtlər. Kosmosdakı boşluqda cəsəd xaricdən yalnız radiasiya (məsələn Günəş) səbəbiylə istilənə bilər. Əgər belədirsə, onda hər hansı bir qeyri-şəffaf ekran kifayətdir və kosmosdakı hər hansı bir obyekt tamamilə istilik izolyasiyasındadır. Xəyalpərəst maşınlarımızın elementləri həddindən artıq keçirici olduğundan və cərəyan müqavimət göstərmədən onlar vasitəsilə axdığı üçün onlarda istilik yayılmır. Maye helium demək olar ki, olmayacaq, bu da cihazın müddətsiz işləyə biləcəyini göstərir. Qurğuşun sükan çarxı təxminən üç ildir cərəyan edən Collinsin təcrübəsini xatırlayın.

Təsəvvür edin, ayın ətrafındakı bir orbitdə bir növ kriogen kompüter, yer üzünün iqtisadiyyatının, elmin və nəqliyyatın bütün sahələrinə xidmət edən fırlanır? Və super keçirici maqnitlər - bəlkə də gələcək termoyadro reaktorlarında plazma saxlayacaqlar? Və ya heç bir itkisiz on minlərlə kilometrə elektrik enerjisini ötürə biləcəyiniz soyudulmuş elektrik kabelləri?

Bu xəyaldır? Burada deyilən hər şey kökündən mümkündür. Beləliklə, ediləcəkdir. Amma nə vaxt?

Bu həm təsəvvür üçün, həm də dərin nəzəri və təcrübi işlər üçün gözəl bir sahədir.

Bu vaxt niobium-qalay ərintisi mənfi 254,8 dərəcə maksimum kritik temperaturu olan yeganə maddə olaraq qalır və təbiətinin minlərlə digər qeyri-üzvi maddələrdən nə ilə fərqləndiyini heç kim anlaya bilməz. Digər elementlərin heç bir əlavəsi, bu ərintinin daxili quruluşunda heç bir dəyişiklik onun kritik istiliyini artıra bilməz. Digər, bənzər, ikiqat və üçqat ərintilərin axtarışı da uğursuz oldu - heç kim bu cazibədar sayın üstündən - mənfi 254,8 dərəcə yuxarı qalxa bilmədi. Bu barədə danışmağa başladılar, yəqin ki, bu temperatur təsadüfi deyil, yəqin ki, bu keçilə bilməyən hədddir. Bu həqiqətə nəzəri bir əsas tapmaq, daha yüksək temperaturda metal sistemlərdə super keçiriciliyin olmamasının səbəbini tapmaq yalnız qalır.

Giriş

Fəsil 1 Super keçiricilik fenomeninin kəşfi

1.2 Super keçirici maddələr

1.3 Meisner effekti

1.4 İzotopik təsir

Fəsil 2 Super keçiricilik nəzəriyyəsi

2.1 BCS nəzəriyyəsi

2.4 Elektron cütləşmə

2.5 Fonların təsiriylə elektronlar arasında təsirli qarşılıqlı əlaqə

2.6 Bogolyubovun kanonik çevrilməsi

2.7 Aralıq vəziyyət

2.8 İkinci növ super keçiricilər

2.9 Super keçiriciliyin termodinamikası

2.10 Tunel əlaqəsi və Josephson effekti

2.11 Maqnetik axının miqdarı (makroskopik effekt)

2.12 Knight növbəsi

2.13 Yüksək istilik super keçiriciliyi

Fəsil 3. Elm və texnologiyada super keçiriciliyin istifadəsi

3.1 Super keçirici maqnitlər

3.2 Super keçirici elektronika

3.3 Super keçiricilik və enerji

3.4 Maqnetik süspansiyonlar və yataklar

Nəticə

Biblioqrafiya

Giriş

Əksər metallarda və ərintilərdə bir neçə dərəcə Kelvin dərəcəsi temperaturunda müqavimət sıfıra enir. Super keçiricilik adlanan bu fenomen ilk dəfə 1911-ci ildə Camerling-Onnes tərəfindən kəşf edilmişdir. Bu fenomenə sahib olan maddələrə super keçiricilər deyilirdi. 1957-ci ildə J. Bardin, L. Cooper, J. Shriffer bu fenomeni prinsipcə anlamağa imkan verən super keçiricilik mikroskopik nəzəriyyəsini inkişaf etdirdi. BCS nəzəriyyəsi super keçiricilik sahəsindəki əsas həqiqətləri (müqavimətin olmaması, T-in izotop kütləsindən asılılığı, sonsuz keçiricilik (E \u003d 0), Meissner effekti (B \u003d 0), T \u003d 0 yaxınlığında elektron istilik tutumunun eksponensial asılılığı) izah etdi. Nəzəriyyənin bir sıra nəticələri təcrübə ilə yaxşı kəmiyyət razılığını göstərir. Hələ də bir çox sualın hazırlanması lazımdır (Mendeleev sistemində super keçirici metalların paylanması, T-nin super keçirici birləşmələrin tərkibi və quruluşundan asılılığı, ən yüksək keçid temperaturu ilə super keçiricilərin əldə edilməsi və s.). Təcrübi və nəzəri tədqiqatların uğuru bu fiziki hadisənin inkişafı üzərində işə başlamağa real imkan verdi. Təxminən 100 ildir ki, bu sahədə inkişaflar davam edir, yeni super keçirici materiallar aşkarlanır və yüksək temperaturlu super keçiricilər axtarılır. Son illərdə, xüsusilə super keçiricilik nəzəriyyəsinin yaranmasından sonra texniki super keçiricilik intensiv inkişaf edir.

Uyğunluq. Bu gün super keçiricilik fizikanın ən çox öyrənilən sahələrindən biridir, mühəndislik təcrübəsi üçün ciddi perspektivlər açan bir fenomendir. Super keçiricilik fenomeninə əsaslanan qurğular çox yayılmışdır, nə müasir elektronika, nə tibb, nə də astronavtika onsuz edə bilmir

Məqsəd. Super keçiricilik fenomenini, xassələrini, praktik tətbiqini daha ətraflı nəzərdən keçirin, BCS nəzəriyyəsini araşdırın və bu fizika sahəsinin inkişaf perspektivlərini də öyrənin.

1) Super keçiriciliyi nədən ibarət olduğunu, meydana gəlməsinin səbəblərini və bir maddənin normal bir vəziyyətdən super keçiriciyə keçməsi üçün şərtləri öyrənin.

2) Super keçirici dövlətin məhvinə təsir edən səbəbləri izah edin.

3) Super keçiricilərin xüsusiyyətlərini və tətbiqini aşkar etmək.

Obyekt. Bu kurs işinin obyekti super keçiricilik, super keçiricilik fenomenidir.

Mövzu. Mövzu super keçiricilərin xüsusiyyətləri və onların tətbiqi.

Praktik tətbiq. Super keçiricilik fenomeni güclü maqnit sahələri əldə etmək üçün istifadə olunur, super keçiricilər kompüterlərin yaradılmasında, cihaz modulyatorlarında, düzəldicilərdə, açarlarda, davamlı və davam edənlərdə, ölçmə alətlərində istifadə olunur.

Tədqiqat metodları. Elmi ədəbiyyatın təhlili.

Fəsil 1. Super keçiricilik fenomeninin kəşfi

1.1 İlk təcrübi faktlar

1911-ci ildə Leydendə Hollandiyalı fizik H. Kamerlinq-Onnes ilk dəfə super keçiricilik fenomenini müşahidə etdi. Bu problem əvvəllər araşdırıldı, təcrübələr göstərdi ki, temperaturun azalması ilə metalların müqaviməti aşağı düşdü. Aşağı temperatur sahəsindəki ilk tədqiqatlarından biri, bir civə dövrə ilə sınaq zamanı elektrik müqavimətinin temperaturdan asılılığının öyrənilməsi idi. Bundan sonra civə distillə ilə əldə edilə bilən ən təmiz metal hesab edildi. Elektrik müqavimətinin Hg temperatur davranışını öyrənərək 4.2 0 K-dən aşağı temperaturda civə praktik olaraq müqavimətini itirdiyini aşkar etdi. Bu təcrübə üçün o, ters çevrilmiş 0.005 mm 2 kəsiyi olan yeddi U formalı gəmidən ibarət bir aparatdan (Şəkil 1) istifadə etdi. Qan damarlarının bu forması civə filamentinin davamlılığını pozmadan civənin sərbəst sıxılması və genişlənməsi üçün lazım idi. 1 və 2 nöqtələrdə cərəyan 3 və 4 borular vasitəsilə verilir, 5 və 6 nöqtələrdə civə dövrəsinin bölmələrində gərginlik düşməsi ölçüldü.

Şəkil 2, civə ilə apardığı təcrübələrin nəticələrini göstərir. Qeyd etmək lazımdır ki, müqavimətin sıfıra endiyi temperatur intervalı son dərəcə dardır.

Şek. 2. Platin və civə müqavimətinin temperaturdan asılılığı.

Qrafik göstərir ki, 4.2 0 K temperaturda civənin elektrik müqaviməti kəskin şəkildə itdi. Elektrik müqavimətinin sıfır olduğu bir dirijorun belə bir vəziyyətinə super keçiricilik deyilir və bu vəziyyətdəki maddələrə super keçiricilər deyilir. Bir maddənin həddindən artıq keçirici vəziyyətə keçməsi çox dar bir temperatur aralığında baş verir və buna görə keçidin müəyyən bir temperaturda baş verdiyinə inanılır T k, bir maddənin həddindən artıq keçirici vəziyyətə keçməsinin kritik temperaturu deyilir.

Super keçiricilik eksperimental olaraq iki şəkildə müşahidə edilə bilər:

1) super keçiricidən bir cərəyanın axdığı ümumi elektrik dövrə ilə əlaqə quraraq. Super keçirici vəziyyətə keçid anında bu keçidin ucundakı potensial fərq yox olur;

2) super keçiricidən olan üzüyü ona dik olan bir maqnit sahəsində yerləşdirməklə. Üzük T altından soyuduqdan sonra sahəni söndürün. Nəticədə üzükdə davamlı bir elektrik cərəyanı meydana gəlir. Belə bir üzükdəki cərəyan qeyri-müəyyən dövrə vurur.

Kamerling - Onnes bunu Leiden-dən Kembricə axan cərəyan ilə bir super keçirici bir üzük hərəkət etdirərək nümayiş etdirdi. Bir sıra təcrübələrdə, təxminən bir ildir ki, super keçirici halqada cərəyan yox idi. 1959-cu ildə Collins, iki il yarım ərzində cari azalmanın olmamasını müşahidə etdiyini bildirdi. .

Təcrübələr göstərdi ki, super keçiricilərin qapalı bir döngəsində bir cərəyan yaratsanız, bu cərəyan bir emf mənbəyi olmadan dövr etməyə davam edir. Super keçiricilərdəki fuço cərəyanları çox uzun müddət davam edir və Joule istiliyinin olmaması səbəbindən solmur (300A-a qədər cərəyanlar bir neçə saat ardıcıl olaraq axmağa davam edir). Bir sıra müxtəlif keçiricilərdən cərəyan keçməsinin araşdırması göstərmişdir ki, super keçiricilər arasındakı əlaqə müqaviməti də sıfırdır. Super keçiriciliyin fərqli bir xüsusiyyəti Hall fenomeninin olmamasıdır. Bir maqnit sahəsinin təsiri altında adi keçiricilərdə metaldakı cərəyan yerdəyişir, super keçiricilərdə bu fenomen olmur. Super keçiricidə cərəyan sanki yerində sabitlənir.

Super keçiricilik aşağıdakı amillərin təsiri altında yox olur:

1) temperaturun artması;

Temperatur müəyyən bir T k-yə yüksəldikdə, nəzərə çarpan bir ohmik müqavimət demək olar ki, birdən-birə görünür. Super keçiricilikdən keçiriciliyə keçid dik və daha nəzərə çarpandır, nümunə daha vahiddir (ən kəskin keçid tək kristallarda müşahidə olunur).

2) kifayət qədər güclü bir maqnit sahəsinin hərəkəti;

Həddindən artıq keçirici vəziyyətdən normal vəziyyətə keçid maqnit sahəsini kritik T k-dən aşağı bir temperaturda böyütməklə həyata keçirilə bilər.Süp keçiriciliyin məhv olduğu minimum k B sahəsi kritik maqnit sahəsi adlanır. Kritik sahənin temperaturdan asılılığı empirik düsturla təsvir olunur:

burada B 0 mütləq sıfır istiliyə ekstrapolyasiya olunan kritik sahədir. Bəzi maddələr üçün birinci dərəcədə T-dən asılılıq var. Xarici sahənin gücünü artırmağa başlasaq, kritik bir dəyərdə onun super keçiriciliyi çökəcəkdir. Kritik temperatur nöqtəsinə nə qədər yaxınlaşsaq, okean keçiricilik effektini məhv etmək üçün xarici xarici maqnit sahəsi daha aşağı olmalıdır və əksinə, mütləq sıfır istiliyə bərabər bir temperaturda, eyni effekti əldə etmək üçün gərginlik digər hallarla əlaqədar olaraq maksimum olmalıdır. Bu əlaqə aşağıdakı qrafiklə göstərilmişdir (Şəkil 3).

Xarici sahənin gücünü artırmağa başlasaq, kritik bir dəyərdə onun super keçiriciliyi çökəcəkdir. Kritik temperatur nöqtəsinə nə qədər yaxınlaşsaq, okean keçiricilik effektini məhv etmək üçün xarici xarici maqnit sahəsi daha aşağı olmalıdır və əksinə, mütləq sıfır istiliyə bərabər bir temperaturda, eyni effekti əldə etmək üçün gərginlik digər hallarla əlaqədar olaraq maksimum olmalıdır. Bir super keçirici üzərində bir maqnit sahəsinin təsiri altında xüsusi bir histerizis növü müşahidə olunur, yəni, əgər maqnetik sahənin artması həddindən artıq keçiriciliyi məhv edərsə (H sahənin gücü, H artan sahə gücüdür):

sahə intensivliyinin azalması ilə sahə nümunədən nümunəyə dəyişdirildikdə yenidən keçir və ümumiyyətlə 10% H k təşkil edir.

3) nümunədə kifayət qədər yüksək bir cərəyan;

Cari gücün artması super keçiriciliyin yox olmasına da səbəb olur, yəni T k azalır. Temperatur nə qədər aşağı olarsa, super keçiricilik adi keçiriciliyə yol açan məhdudlaşdırıcı cərəyan gücü o qədər yüksəkdir.

4) xarici təzyiqin dəyişməsi;

Xarici təzyiq p-nin bir dəyişməsi T-nin bir dəyişməsinə və super keçiriciliyi pozan maqnit sahəsinin gücünün dəyişməsinə səbəb olur.

1.2 Super keçirici maddələr

Daha sonra müəyyən edilmişdir ki, yalnız civə deyil, digər metal və ərintilərdə də kifayət qədər soyutma ilə elektrik müqaviməti sıfır olur.

Təmiz maddələr arasında ən yüksək kritik temperatur niobium (9,22 0 K), ən aşağı iridiyadır (0,14 0 K). Kritik temperatur yalnız maddənin kimyəvi tərkibindən deyil, həm də kristalın quruluşundan da asılıdır. Məsələn, boz qalay yarımkeçiricidir, ağ qalay isə 3,72 0 K. temperaturda super keçirici vəziyyətə çevrilən bir metaldır. -La Т к \u003d 4.8 0 К, в-Ла Т к \u003d 5.95 0 К). Buna görə də, super keçiricilik fərdi atomların mülkiyyəti deyil, bütün nümunənin quruluşu ilə əlaqəli kollektiv effektdir.

Yaxşı keçiricilər (gümüş, qızıl və mis) bu mülkiyyətə sahib deyillər və normal şəraitdə keçiricilər çox pis olan - əksinə var. Tədqiqatçılar üçün bu tamamilə sürpriz oldu və bu fenomenin izahını daha da çətinləşdirdi. Super keçiricilərin əsas hissəsi təmiz maddələr deyil, onların ərintiləri və birləşmələridir. Üstəlik, iki aşırı olmayan maddənin ərintisi super keçirici xüsusiyyətlərə malik ola bilər. Birinci və ikinci növ super keçiricilər var.

Saf metallar birinci növ super keçiricilərdir; bunlardan 20-dən çoxu var.Onların arasında otaq temperaturunda yaxşı keçiricilər olan metal yoxdur, əksinə, otaq temperaturunda nisbətən zəif keçiriciliyə malik olan metallar (civə, qurğuşun, titan və s.).

İkinci növ super keçiricilər kimyəvi birləşmələr və ərintilərdir və onların saf formada birinci növ superkeçiriciləri olan birləşmələr və ya metal ərintiləri olması lazım deyil. Məsələn, MoN, WC, CuS birləşmələri ikinci növ super keçiricilərdir, baxmayaraq ki, Mo, W, Cu və xüsusilə N, C və S super keçiricilər deyildir. İkinci növ super keçiricilərin sayı bir neçə yüzdür və artmaqda davam edir. .

Uzun müddət müxtəlif metal və birləşmələrin super keçirici vəziyyətini yalnız maye helium ilə əldə edilə bilən çox aşağı temperaturda əldə etmək olardı. 1986-cı ilin əvvəlinə qədər müşahidə olunan ən yüksək kritik temperatur artıq 23 0 K idi.

1.3 Meisner effekti

1933-cü ildə Meisner və Oxenfeld müəyyən etdi ki, super keçiricilik fenomeninin arxasında ideal keçiricilikdən daha çox şey gizlənir, yəni müqavimət sıfıra bərabərdir. Bu sahənin yaradıldığından asılı olmayaraq, maqnit sahəsinin super keçiricidən kənara atıldığını - xarici bir qaynaq və ya super keçiricinin özündən axan bir cərəyanla vurduğunu təsbit etdilər (Şəkil 4). Məlum oldu ki, maqnit sahəsi super keçirici nümunənin qalınlığına nüfuz etmir.

Şəkil 4. Bir super keçiricidən maqnit axını itələmək.

Həddindən artıq keçirici vəziyyətə keçidin kritik temperaturundan yüksək temperaturda, hər hansı bir metal kimi, xarici bir maqnit sahəsinə yerləşdirilmiş bir nümunədə, içərisindəki maqnit sahəsi sıfırdır. Xarici maqnit sahəsini söndürmədən temperatur tədricən azaldılırsa, o zaman super keçirici vəziyyətə keçid anında maqnit sahəsi nümunədən çıxarılaraq içərisindəki maqnit sahəsi sıfıra bərabər olar (B \u003d 0). Bu effekt Meissner effekti adlanırdı.

Bildiyiniz kimi, metal, xarici bir maqnit sahəsinin olmaması halında ferromaqnitlər istisna olmaqla, sıfır maqnit induksiyasına malikdir. Bu, maddədə hər zaman mövcud olan elementar cərəyanların maqnit sahələrinin tənzimlənməsinin tam təsadüfi olması səbəbindən qarşılıqlı kompensasiya edilməsidir.

Xarici bir maqnit sahəsinə yerləşdirilib, onlar maqnitləşdirilir, yəni. "induksiya edilmiş" maqnit sahəsinin içərisindədir. Xarici maqnit sahəsinə daxil edilmiş bir maddənin ümumi maqnit sahəsi xarici və daxili maqnit sahələrinin induksiyasının vektor cəminə bərabər olan maqnit induksiyası ilə xarakterizə olunur. . Bu vəziyyətdə ümumi maqnit sahəsi ya da maqnit sahəsindən daha böyük və ya az ola bilər.

Bir maddənin induksiya ilə bir maqnit sahəsinin yaranmasında iştirak dərəcəsini təyin etmək üçün induksiya dəyərlərinin nisbətini tapın. Μ əmsalı maddənin maqnit keçiriciliyi adlanır. Xarici bir maqnit sahəsi tətbiq edildikdə, meydana gələn daxili sahənin xarici (μ\u003e 1) əlavə olunduğu maddələrə paramaqnet deyilir. Bir əmsalda\u003e 1 olduqda, nümunədəki xarici sahə azalır.

Diamagnetic maddələrdə (<1) наблюдается ослабление приложенного поля. В сверхпроводниках В=0, что соответствует нулевой магнитной проницаемости. В поверхностном слое металла возникает стационарный электрический ток, собственное магнитное поле которого противоположно приложенному полю и компенсирует его, что в результате и приводит к нулевому значению индукции в толще образца.

Stasionar super keçirici cərəyanların mövcudluğu aşağıdakı təcrübədə aşkara çıxır: bir super keçirici bir sfer metal bir keçirici halqanın üstünə qoyulursa, o zaman onun səthində həddindən artıq keçirici cərəyan yaranır. Görünüşü bir diaqnit effekti və üzük və kürə arasında itələyici qüvvələrin meydana gəlməsinə səbəb olur və nəticədə kürə halqanın üstündən yuxarı qalxacaqdır. Nümunə sahəyə nüfuz dərinliyi bir super keçiricinin əsas xüsusiyyətlərindən biridir. Tipik olaraq, nüfuz dərinliyi təxminən 100..400E-dir. Temperatur artdıqca, maqnit sahəsinin nüfuz dərinliyi qanuna uyğun olaraq artır:

Bir maqnit sahəsinin bir super keçiriciyə nüfuz dərinliyinin ən sadə qiymətləndirməsini qardaşlar Fritz və Hans London verdilər. Bu smeta veririk. Zamanla yavaş-yavaş dəyişən sahələrlə məşğul olduğumuzu güman edəcəyik. Super keçiricilər ferromaqnit olmadığından, arasındakı fərqi laqeyd edə və elektrodinamikanın əsas tənliklərini şəklində yaza bilərik

Üstəlik, qismən və cəmi vaxt törəmələri arasındakı fərqi də laqeyd edəcəyik. Cərəyanların yalnız həddindən artıq keçirici elektronların hərəkəti ilə yaradıldığını fərz edərək, belə elektronların konsentrasiyasının harada olduğunu yazırıq. Vaxtında fərqləndikdən sonra əldə edirik. Maqnit sahəsinin hərəkətini laqeyd etsək, elektronun sürətlənməsini tənlikdən tapmaq olar. Sonra

təyin edildiyi yer

Birinci tənliyi (4) fərqləndirərək, miqdarları və (4) və (5) tənliklərdən çıxararaq əldə edirik

Bu tənlik qane edir, amma belə bir həll Meissner effektinə uyğun deyil, çünki super keçiricinin içərisində olmalıdır. Çıxarma zamanı vaxt fərqləndirmə əməliyyatı iki dəfə tətbiq olunduğu üçün əlavə bir həll əldə edildi. Bu həlli avtomatik olaraq istisna etmək üçün London, son tənlikdə törəmənin vektorun özü ilə dəyişdirilməli olduğu fərziyyəsini təqdim etdi. Verir

Bir super keçiricinin içərisindəki bir maqnit sahəsinin nüfuz dərinliyini təyin etmək üçün, sonuncunun onun bir tərəfində bir təyyarə ilə bağlandığını fərz edək. Oxu super keçiriciyə normal olaraq öz sərhədinə yönəldirik. Qoy maqnit sahəsi oxa paralel olsun. Sonra

Və (8) tənlik verir

Aradan qalxan bu tənliyin həlli forma daşıyır

İnteqrasiya sabitliyi super keçiricinin səthində bir sahə verir. Maqnit sahəsinin uzunluğu üzərində zaman zaman azalır. Qiymət, metalın sahəyə nüfuz dərinliyinin ölçüsü olaraq alınır.

Rəqəmli bir qiymətləndirmə əldə etmək üçün hər bir metal atomu üçün sm −3 fərz edən bir super keçirici elektron olduğunu düşünürük. sonra (6) düsturla böyüklüyə görə birbaşa ölçmələrin əldə etdiyi dəyərlərlə üst-üstə düşən sm-i tapırıq.

Bir super keçiricinin səthi təbəqəsi, sıfır olmayan bir maqnit sahəsinin gücü ilə əlaqəli xüsusi xüsusiyyətlərə malikdir. Bu xüsusiyyətlər yüksək kritik sahələri olan super keçiricilərin istehsalına çox əhəmiyyətli təsir göstərir.

Tez-tez ekran cərəyanları adlanan yerüstü cərəyanlar, maqnit sahəsinin tətbiq olunan sahəyə nümunənin daxil olmasına mane olur. Xarici bir sahədəki bir maddənin içərisində maqnit axını sıfıra bərabərdirsə, deməli, ideal diamaqnetizmi nümayiş etdirir. Tətbiq olunan sahənin sıxlığı sıfıra enəndə nümunə maqnitlənməmiş vəziyyətdə qalır. Başqa bir vəziyyətdə, keçid temperaturundan yuxarıda yerləşən bir nümunəyə bir maqnit sahəsi tətbiq edildikdə, son şəkil nəzərəçarpacaq dərəcədə dəyişəcəkdir. Əksər metal (ferromaqnit istisna olmaqla) üçün nisbi maqnit keçiriciliyi vəhdətə yaxındır. Buna görə nümunə içərisindəki maqnit axınının sıxlığı tətbiq olunan sahənin axın sıxlığına demək olar ki, bərabərdir. Soyuduqdan sonra elektrik müqavimətinin yox olması maqnitləşməyə təsir etmir və maqnit axınının paylanması dəyişmir. İndi tətbiq olunan sahəni sıfıra endirsək, super keçiricinin içərisindəki maqnit axınının sıxlığı dəyişə bilməz; içərisindəki maqnit axını dəstəkləyən nümunənin səthində sönməmiş cərəyanlar meydana çıxır. Nəticədə nümunə hər zaman maqnit olaraq qalır. Beləliklə, ideal bir dirijorun maqnetizasiyası xarici şəraitdəki dəyişikliklərin ardıcıllığından asılıdır.

Bir maqnit sahəsini bir super keçiricidən kənara itələməyin təsiri maqnitləşdirmə ilə bağlı fikirlər əsasında izah edilə bilər. Xarici maqnit sahəsini tamamilə kompensasiya edən ekranlaşdırıcı cərəyanlar maqnit momentinin nümunəsini məlumatlandırırsa, M maqnitləşdirmə əlaqəsi ilə ifadə olunur:

burada V - nümunənin həcmi. Ekran cərəyanları, minus birinin maqnit həssaslığı ilə ideal bir ferromaqnetin maqnitləşməsinə uyğun gələn maqnitləşmənin meydana gəlməsinə səbəb olduğunu söyləyə bilərik.

Meissner effekti və super keçiricilik fenomeni bir-biri ilə sıx bağlıdır və fenomen kəşf edildikdən yarım əsrdən çox müddət əvvəl yaradılan super keçiricilik nəzəriyyəsi ilə qurulmuş ümumi bir nümunənin nəticəsidir.

1.4 İzotopik təsir

1950-ci ildə E.Maksvell və C.Reynolds müasir superkeçiricilik nəzəriyyəsinin yaradılması üçün böyük əhəmiyyət daşıyan izotop effektini kəşf etdilər. Bir neçə super keçirici civənin izotoplarının araşdırması göstərdi ki, həddindən artıq keçirici vəziyyətə keçidin kritik temperaturu ilə izotopların kütləsi arasında əlaqə mövcuddur. M izotopunun kütləsinin 199.5-dən 203.4-ə qədər dəyişməsi ilə kritik temperatur 4.185-dən 4.14 K.-a qədər dəyişdi. Bu super keçirici kimyəvi element üçün özünü kifayət qədər dəqiqliklə təsdiqləyən bir formula quruldu:

burada const hər bir element üçün müəyyən bir dəyəri var.

Izotopun kütləsi kristal qapaq üçün xarakterikdir, çünki metal ionlar ona əsas töhfə verir. Kütləvi, panjanın bir çox xüsusiyyətini təyin edir. Şəbəkə vibrasiyasının u tezliyinin kütlə ilə əlaqəli olduğu məlumdur:

Bir metalın elektron sisteminin bir xüsusiyyəti olan super keçiricilik, izotop təsiri aşkar edildiyi üçün kristal qapaq vəziyyətinə bağlıdır. Nəticədə, super keçiricilik effektinin görünüşü elektronların metal qarmaqla qarşılıqlı təsirindən yaranır. Bu qarşılıqlı əlaqə normal vəziyyətdəki metalın müqavimətindən məsuldur. Müəyyən şərtlərdə, müqavimətin yox olmasına, yəni super keçiriciliyin təsirinə səbəb olmalıdır.

1.5 Super keçiricilik nəzəriyyəsinin əsasları

Super keçiricilərin xüsusiyyətlərini açıqlamaqda müvəffəq olan ilk nəzəriyyə, 1935-ci ildə təklif edilən F. London və G. London nəzəriyyəsi idi. London öz nəzəriyyəsində bir super keçiricinin iki maye modelinə əsaslanırdı. Bir super keçiricidə bir konsentrasiyası olan "həddindən artıq keçirici" elektron və konsentrasiyası olan "normal" elektronlar olduqda, ümumi keçiricilik konsentrasiyası olduğu yerdədir). Super keçirici elektronların sıxlığı böyümə ilə azalır və itir. Bütün elektronların sıxlığına meyl etdikdə. Super keçirici elektronların bir cərəyanı müqavimət göstərmədən nümunədən keçir.

Maksvellin tənliklərinə əlavə olaraq London belə bir superkeçiricidə elektromaqnit sahəsi üçün tənliklər əldə etdi, bunun da əsas xüsusiyyətləri: birbaşa cərəyana və ideal diamaqnetizmə qarşı müqavimətin olmaması. Bununla birlikdə, London nəzəriyyəsinin fenomenoloji olması səbəbindən, "super keçirən" elektronların nə olduğu əsas suala cavab vermədi. Bundan əlavə, bir sıra çatışmazlıqlar var idi, bunlar V.L tərəfindən aradan qaldırıldı. Ginzburg və L.D. Landau.

Ginzburg-Landau nəzəriyyəsində kvant mexanikası super keçiricilərin xüsusiyyətlərini izah etmək üçün istifadə edilmişdir. Bu nəzəriyyədə, super keçirici elektronların bütün dəsti bir fəza koordinatının dalğa funksiyası ilə təsvir edilmişdir. Ümumiyyətlə, bir elektronda elektronların dalğa funksiyası koordinat funksiyasıdır. Funksiyanı təqdim etməklə, bütün super keçirən elektronların ardıcıl, ardıcıl davranışı quruldu. Həqiqətən, bütün elektronlar eyni şəkildə, eyni şəkildə bir-birinə uyğundursa, eyni bir dalğa funksiyası, davranışlarını bir elektronun davranışını təsvir etmək üçün ifadə etmək üçün kifayətdir, yəni. bir dəyişənin funksiyaları.

A.A. Abrikosovun əsərlərində daha da inkişaf etdirilən Ginzburg-Landau nəzəriyyəsi super keçiricilərin bir çox xüsusiyyətlərini izah etsə də, mikroskopik səviyyədə super keçiricilik fenomeninə dair bir anlayış verə bilmədi.

Bu fəsildə super keçiricilik fenomeninin kəşfi, ilk eksperimental faktlar, ilk nəzəriyyələr, eləcə də super keçiricilərin bəzi xassələri müzakirə olunur.

Yuxarıda göstərilənləri təhlil edərək, aşağıdakı nəticələr çıxara bilərik:

1) Elektrik müqavimətinin sıfır olduğu bir keçiricinin vəziyyətinə super keçiricilik deyilir və bu vəziyyətdəki maddələr super keçiricilər adlanır.

2) Super keçiricilərdəki fuço cərəyanları çox uzun müddət davam edir və Joule istiliyinin olmaması səbəbindən solmur (300A-a qədər cərəyanlar bir neçə saat ardıcıl olaraq axmağa davam edir).

3) Super keçiricilik aşağıdakı amillərin təsiri altında yox olur: temperaturun artması, kifayət qədər güclü bir maqnit sahəsinin hərəkəti, nümunədə kifayət qədər yüksək cərəyan sıxlığı, xarici təzyiqin dəyişməsi.

4) Bu sahənin yaradılmasından asılı olmayaraq, maqnit sahəsi super keçiricidən kənara atılır - xarici bir qaynaq və ya super keçiricinin özündən axan bir cərəyan.

5) Həddindən artıq keçirici vəziyyətə keçidin kritik istiliyi ilə izotop effekti adlanan izotopların kütləsi arasında əlaqə var.

6) İzotopik təsir göstərdi ki, qapaq vibrasiyaları super keçiriciliyin yaranmasında iştirak edir.

Fəsil 2. Super keçiricilik nəzəriyyəsi

2.1 BCS nəzəriyyəsi

1957-ci ildə Bardin, Cooper və Schrieffer maddənin super keçirici vəziyyətinin ardıcıl nəzəriyyəsini (BCS nəzəriyyəsi) qurdular. Bundan çox əvvəl Landau, heliumun II superfluidlik nəzəriyyəsini yaratmışdı. Aşkarlaşmanın makroskopik kvant təsiri olduğu ortaya çıxdı. Bununla birlikdə Landau nəzəriyyəsinin super keçiricilik fenomeninə keçməsinə, sıfır spinə malik olan helium atomlarının Bose-Einstein statistikasına tabe olması mane oldu. Yarım fırlanan elektronlar, Pauli prinsipinə və Fermi - Dirac statistikasına uyğundur. Bu cür hissəciklər üçün, artıq axının meydana gəlməsi üçün lazım olan Bose-Einstein kondensasiyası mümkün deyil. Alimlər elektronların sıfır spinli və Bose hissəcikləri kimi davranan cütlüklərə qruplaşdırıldığını irəli sürdülər. Onlardan müstəqil olaraq 1958-ci ildə N.N. Bogolyubov super keçiricilik nəzəriyyəsinin daha inkişaf etmiş bir versiyasını inkişaf etdirdi.

BCS nəzəriyyəsi metalın struktur xüsusiyyətlərinin tamamilə atıldığı bir idealizə edilmiş bir modelə aiddir. Fermi, Fermi statistikasına uyğun olaraq, elektron qazla doldurulmuş potensial bir qutu olaraq qəbul edilir. Coulomb repulsion qüvvələri, atom nüvələri sahəsinə görə daha çox zəifləyən fərdi elektronlar arasında hərəkət edir. Super keçiricilikdəki izotop effekti elektronların paniklərin istilik vibrasiyaları ilə (fononlarla) qarşılıqlı təsirini göstərir.

Elektrikli metallarda hərəkət edən bir elektron, elektrik qüvvələri tərəfindən deformasiya olunur - bu nümunənin kristal qarmaqlarını qütbləşdirir. Bunun səbəb olduğu qarmaq ionlarının yerdəyişməsi başqa bir elektronun vəziyyətinə təsir göstərir, çünki indi dövri quruluşunu bir qədər dəyişdirən qütblü bir qarmaq sahəsində görünür. Beləliklə, kristal panjası elektronlararası qarşılıqlı əlaqədə bir ara vasitə rolunu oynayır, çünki onun köməyi ilə elektronlar bir-birlərinə cazibə tətbiq edirlər. Yüksək temperaturda kifayət qədər sıx bir istilik hərəkəti cazibə qüvvəsini təsirli dərəcədə azaldaraq hissəcikləri bir-birinə atır. Ancaq aşağı temperaturda cəlbedici qüvvələr çox vacib rol oynayır.

İki elektron boşluqda olduqda bir-birini dəf edirlər. Ətraf mühitdə, qarşılıqlı təsirlərin gücü bərabərdir:

burada e - mühitin dielektrik sabitidir. Əgər mühit belədirsə e<0, то одноименные заряды, в том числе и электроны, будут притягиваться. Кристаллическая решетка некоторых веществ является той средой, в которой выполняется это условие, а значит при определенных температурах возможно возникновение эффекта сверхпроводимости. Таким образом, эффект взаимного притяжения электронов не противоречит законам физики, так как происходим в некоторой среде.

T \u003d 0 0 K.-da bir metal nəzərdən keçirin. Kristal barmaqlığı kvant-mexaniki qeyri-müəyyənlik əlaqəsi ilə əlaqəli olan "sıfır" titrəmələri həyata keçirir. Kristalda hərəkət edən bir elektron salınma rejimini pozur və panjanı həyəcanlı vəziyyətə qoyur. Əvvəlki enerji səviyyəsinə tərs keçid başqa bir elektron tərəfindən tutulan və onu həyəcanlandıran enerjinin yayılması ilə müşayiət olunur. Kristal panjasının həyəcan verməsi səs kvantları ilə təsvir olunur, buna görə yuxarıda təsvir olunan proses bir fononun bir elektron tərəfindən emissiyası və digər elektron tərəfindən udulması kimi təqdim edilə bilər, kristal panjası ötürücü kimi ara rol oynayır. Fonların mübadiləsi onların qarşılıqlı cazibəsini müəyyənləşdirir.

Aşağı temperaturda bir sıra maddələrdəki bu cazibə elektron itkisinin Coulomb qüvvələri üzərində üstünlük təşkil edir. Bu vəziyyətdə elektron sistem bağlanmış bir kollektivə çevrilir və onu həyəcanlandırmaq üçün müəyyən qədər enerjinin xərclənməsi tələb olunur. Elektron sistemin enerji spektri bu vəziyyətdə davamlı olmayacaq - həyəcanlanmış vəziyyət yerdən enerji boşluğu ilə ayrılır.

İndi müəyyən edilmişdir ki, metalın normal vəziyyəti Fermi səthinə yaxın elektronların enerji spektrinin həddindən artıq keçirici xarakterindən fərqlənir. Aşağı temperaturda normal vəziyyətdə, elektron həyəcan bir elektronun əvvəlcə işğal edilmiş vəziyyətdən (-ə) keçməsinə uyğundur.<к F) под поверхностью Ферми в свободное состояние к (>dən F) Fermi səthində. Sferik bir Fermi səthi vəziyyətində belə bir elektron - çuxur cütü həyəcanlandırmaq üçün tələb olunan enerji

K və k 1 Fermi səthinə olduqca yaxın yerləşə biləcəyi üçün, sonra.

Bir super keçiricidə elektron bir sistem bağlanmış elektronların (Cooper cütləri) və həyəcan cütlüyünün birləşməsi kimi düşünülə bilər. Elektron cütlüyünün ölçüsü təxminən ~ 10 -4 sm, torna dövrünün ölçüsü 10 -8 sm-dir.Yəni cütlükdəki elektronlar çox məsafədədir.

Bir super keçirici vəziyyətdə bir metalın ən xarakterik xüsusiyyəti, cütlüyün həyəcan enerjisi həmişə cütləşmə enerjisi adlandırılan 2D müəyyən bir dəyərini aşmasıdır. Başqa sözlə, aşağı enerjilərin tərəfindən həyəcan enerjisinin spektrində bir boşluq var. Məsələn, Hg, Pb, V, Nb metalları üçün 2D dəyəri 18 0 K, 29 0 K, 18 0 K və 30 0 K temperaturda istilik enerjisinə uyğundur.

Cütləşmə enerjisinin böyüklüyü birbaşa təcrübədə ölçülür: elektromaqnit radiasiyasının udulmasını öyrənərkən yalnız ђш \u003d 2Д tezliyi olan radiasiya udulur, səsin düşməsindəki eksponensial dəyişikliyi öyrənərkən və s.

Enerji spektrində bir boşluq varsa, sistemin kvant keçidləri həmişə mümkün olmayacaqdır. Elektron sistem aşağı sürətlə həyəcanlanmayacaq, buna görə elektronların hərəkəti sürtünmə olmadan baş verəcək, yəni müqavimətin olmaması deməkdir. Müəyyən bir kritik cərəyanda elektron sistem növbəti enerji səviyyəsinə keçə biləcək və super keçiricilik çökəcəkdir.

Enerji spektrindəki 2.2 boşluq

Enerji boşluğunun mövcudluğunun ilk əlamətləri bir super keçiricinin elektron istilik qabiliyyətinin çürüməsinin eksponent qanunundan əldə edilmişdir:

c es ~ g T k e - bTk / T ~ c ns e - bTk / T. (16)

Super keçiricilərdəki enerji boşluğu bilavasitə eksperimental olaraq müşahidə olunur, eyni zamanda təsdiqlənmiş spektrdə bir boşluq mövcudluğu deyil, ölçüsü də ölçülür. Normal və həddindən artıq keçirici filmləri ayıran, nazik keçirməyən bir təbəqə ~ 10E qalınlığı ilə elektronların keçidini öyrəndik. Bir maneənin olması halında bir elektronun maneədən keçəcəyi ilə bağlı son bir ehtimal var. Normal bir metalda bütün enerji səviyyələri maksimum e F-ə qədər, super keçirici bir metalda isə e F -D-ə qədərdir. Cərəyanın keçməsi qeyri-mümkündür.

Bir super keçiricidə enerji boşluğunun olması, keçid baş verəcək müvafiq dövlətlərin olmamasına səbəb olur. Keçidin baş verməsi üçün sistemi xarici bir elektrik sahəsinə yerləşdirmək lazımdır. Sahədə, səviyyələrin bütün mənzərəsi dəyişdirilir. Tətbiq olunan xarici gərginlik D / e-yə bərabər olduqda təsir mümkün olur. Tunel cərəyanı son gərginlik U-də, eU enerji boşluğuna bərabər olduqda görünür. Özbaşına kiçik tətbiq olunan bir gərginlikdə tunel cərəyanının olmaması enerji boşluğunun mövcudluğunun sübutudur.

Hal-hazırda belə bir boşluğu aşkar etmək və genişliyini ölçmək üçün bir sıra metodlar hazırlanmışdır. Bunlardan biri uzaq infraqırmızı metalların elektromaqnit dalğalarının udulmasını öyrənməyə əsaslanır. Metodun ideyası belədir. Əgər elektromaqnit dalğalarının axışını super keçiriciyə yönəltsək və onların tezliyini u daim dəyişsək, bu radiasiyanın kvant enerjisi kəsik eni E w-dən az qalır (əgər varsa, əlbəttə), radiasiya enerjisi super keçirici tərəfindən udulmamalıdır. K nk \u003d E nk üçün nk k tezliyində normal bir metaldakı dəyərlərinə qədər artan şüalanma başlamalıdır. Nk ölçməklə, kəsik genişliyini E n müəyyən edə bilərik.

Təcrübələr bütün məlum super keçiricilərdə keçirici elektronların enerji spektrində bir boşluq olması faktını tamamilə təsdiqlədi. Nümunə olaraq, cədvəldə bir sıra metallara görə e \u003d e u T \u003d 0 0 K və onların aşırı keçirici vəziyyətə keçməsinin kritik temperaturu göstərilir. Bu cədvəlin məlumatlarından görünür ki, E u boşluğu çox dar ~ 10 -3 -10 -2 -2 eV; boşluq genişliyi ilə kritik keçid temperaturu T arasında birbaşa əlaqə var: nə qədər yüksəkdirsə, boşluq E u qədər genişdir. nəzəriyyə

BCS T ilə E u (0) ilə bağlanan aşağıdakı təxmini ifadəyə gətirib çıxarır:

E u (0) \u003d 3.5 kT k, (17)

bu təcrübə ilə çox yaxşı təsdiqlənir.

Super keçiricilik nəzəriyyəsində nəticələrin çoxu izotrop model üçün alınmışdır. Əsl metallar əslində bir çox təcrübələrdə özünü göstərən anizotropikdir. Kifayət qədər geniş fərziyyələrlə, düsturu əldə edə bilərsiniz:

təcil p istiqamətində vahid vektor olduğu yerdədir; və səthin Fermi vektorunun radiusu və üzərindəki sürətlərdir. Dəyəri istiqamətdən asılıdır. Təcrübəli məlumatlara görə bir dəyişiklik. Eyni zamanda, istilik asılılığı bütün istiqamətlər üçün eynidır, yəni. .

Cədvəl 1.

Maddə
E u (0), 10 -3 eV
E u \u003d 3,5 kT

İstilik qabiliyyətinə görə nəzəri və təcrübi məlumatları müqayisə edərkən anizotropiya artıq görünür. Aşağı temperaturda

minimum boşluq haradadır və nəzəri əyriyə görə (izotropik model üçün), ortalama boşluq haradadır. Buna görə, bir qayda olaraq, eksperimentaldan aşağı keçmək üçün nəzəri əyridir.

Boşluq anizotropiyasının daha detallı müəyyənləşdirilməsi üçün müxtəlif üsullar mövcuddur. Beləliklə, tək kristal tək oxlu super keçiricilərin istilik keçiriciliyinin ölçülməsi minimum boşluğun əsas ox istiqamətində və ya bazal müstəvidə yerləşdiyini müəyyən etməyə imkan verir. Boşluq anizotropiyasının xarakteristikası, super keçiricilərdən biri tək bir kristaldırsa, tunel əlaqəsi olan təcrübələrdən də müəyyən edilə bilər. Anizotropiyada ən maraqlı nəticələr səs udma təcrübələrindən gəlir. Səs tezliyi cüt bağlayıcı enerjidirsə, aşağı temperaturda udma yalnız həyəcanlarda baş verir, yəni. mütənasib olaraq. Ancaq nəzərə alınmalıdır ki, səs udma mexanizmi tərs Cherenkov effektidir. Bu o deməkdir ki, səslərin yayılması istiqaməti üzərində sürətin proyeksiyası səs sürəti ilə üst-üstə düşdüyü, yəni yalnız elektronların səsi alır. . Lakin metaldakı elektronların sürətinin böyüklüyü sm / san, səsin sürəti isə sm / san; bu o deməkdir ki, yəni. perpendikulyar olaraq, başqa sözlə, Fermi bir səthi perpendikulyar kəsişdikdə əldə edilən konturda uzanan elektronlar tərəfindən səs sorulur. Bunu nəzərə alaraq aşağı temperaturda səs udma bu dövrədəki boşluğun minimum dəyəri ilə müəyyən edilir. Səsin yayılması istiqamətini dəyişdirərək boşluq haqqında kifayət qədər ətraflı məlumat əldə etmək olar.

Boşluq anizotropiyası, super keçiriciyə qüsurlar daxil olduqda termodinamik miqdarda dəyişiklikin izotropik modelə nisbətən daha böyük olması ilə də özünü göstərir. Məsələn, (saf metal üçün) ilə müqayisədə azalma ilə, yəni. orta kvadrat anizotropiyaya nisbətdə.

2.3 boşluq keçiriciliyi

BCS nəzəriyyəsinin yaradılmasından sonrakı ilk illərdə elektron spektrdə enerji boşluğunun olması super keçiriciliyin xarakterik əlaməti hesab olunurdu, lakin enerji boşluğu olmayan super keçiricilik də məlumdur - boşsuz super keçiricilik.

A.A. ilk dəfə göstərildiyi kimi Abrikosov və L.P. Maqnetik çirklərin tətbiqi ilə Qorkinin kritik temperaturu təsirli dərəcədə azalır. Bir maqnit çirkinin atomları bir spinə malikdir və buna görə də bir spin maqnit anı var. Bu vəziyyətdə, cüt cərgələr çirklənmənin paralel və antiparallel maqnit sahəsində görünür. Bir super keçiricidə atomların, maqnetik çirklərin artması ilə artan cüt cüt dağılacaq və buna uyğun olaraq enerji boşluğunun genişliyi azalacaq. 0.91n kr bərabər olan müəyyən bir konsentrasiyada (n cr super keçirici vəziyyətin tamamilə yox olduğu konsentrasiya dəyəridir) enerji boşluğu sıfıra bərabər olur.

Hesab etmək olar ki, boşluqsuz super keçiricilik görünüşü, çirk atomları ilə qarşılıqlı əlaqə qurarkən bəzi cütlərin müvəqqəti pozulmasına səbəb olur. Cütlüyün bu müvəqqəti çürüməsi, enerji boşluğunun içərisində yerli enerji səviyyələrinin görünüşünə uyğundur. Çirklərin konsentrasiyasının artması ilə boşluq getdikcə tamamilə yox olana qədər bu yerli səviyyələrlə doldurulur. Cüt parçalanması zamanı meydana gələn elektronların mövcudluğu enerji boşluğunun yox olmasına gətirib çıxarır, qalan Cooper cütlükləri elektron müqavimətinin sıfıra bərabər olmasını təmin edirlər.

Başa düşürük ki, özündə boşluq varlığı, həddindən artıq idarəedici dövlətin təzahürü üçün əsas şərt deyildir. Üstəlik, boşsuz super keçiricilik, məlum olduğu kimi, o qədər də nadir deyil. Əsas odur ki, bağlı bir elektron dövlətin - Cooper cütlüyünün olması. Məhz bu vəziyyət enerji boşluğu olmadıqda belə super keçirici xüsusiyyətlər nümayiş etdirə bilər.

2.5 Elektron cütləşmə

Yarımkeçiricilərin enerji spektrindəki qadağan olunmuş zonalar, elektronların dövri olaraq dəyişən potensialı olan bir kristalda bir sahə yaradan elektronlarla qarşılıqlı təsiri nəticəsində yaranır.

Həddindən artıq keçirici vəziyyətdə bir metalın keçirici bantındakı enerji boşluğu, metalın bu vəziyyətə keçməsi zamanı meydana çıxan elektronların bəzi əlavə qarşılıqlı təsiri nəticəsində meydana gəldiyini güman etmək təbiidir. Bu qarşılıqlı əlaqənin xarakteri aşağıdakı kimidir.

Qoşqudan hərəkət edən və ionlarla qarşılıqlı əlaqədə olan sərbəst bir elektron onları hərəkət tarazlığından bir qədər "çəkir" (Şəkil 5), başqa bir elektronun cəlb edilə biləcəyi hərəkət. Buna görə bir metalda, elektronlar arasında adi Coulomb itkisinə əlavə olaraq, müsbət ionların bir qatılığı ilə əlaqəli dolayı cəlbedici bir qüvvə yarana bilər. Bu qüvvə itələyici qüvvədən çox olarsa, elektronların Kuper cütləri adlandırılan cütləşən cütlərə birləşməsi enerjili fayda gətirir.

Cooper cütlüklərinin meydana gəlməsi ilə sistemin enerjisi cütlükdə bağlayıcı enerjinin E b elektronlarının dəyəri ilə azalır. Bu o deməkdir ki, normal bir metalda T \u003d 0K olan keçirici bantın elektronları maksimum enerji E F olarsa, cütləşdikləri vəziyyətə keçdikdə iki elektron (cüt) enerjisi E sv ilə azalır və hər birinin enerjisi azalır. - E sv / 2-də, çünki bu cütü məhv etmək və elektronları normal bir vəziyyətə keçirmək üçün xərclənməli olan enerjidir (Şəkil 6a). Buna görə, qoşalaşmış cütlüklərdə olan elektronların yuxarı enerji səviyyəsi ilə normal elektronların daha aşağı səviyyəsi arasında super keçiriciliyin görünüşü üçün zəruri olan E sv boşluğu olmalıdır. Bu boşluğun mobil, yəni dövlətlər üzərində elektron paylama əyrisi ilə xarici bir sahənin təsiri altında yerindən çıxa biləcəyini yoxlamaq asandır.

Əncirdə 7, Cooper cütlüyünün sxematik modelini göstərir. Bu, bir dərəcədə bir helium atomuna bənzər bir induksiyalı müsbət yükün ətrafında hərəkət edən iki elektrondan ibarətdir. Bir cütə girən hər bir elektron böyük bir təcil və dalğa vektoruna sahib ola bilər; cütlük bütövlükdə (cüt kütlənin mərkəzi), eyni zamanda, hərəkət hərəkətinin sıfır sürətinə sahib ola bilər. Bu, boşluq olması halında keçirici bandın yuxarı hissəsini dolduran elektronların zahirən anlaşılmaz görünən xüsusiyyətini izah edir (Şəkil 6a). Belə elektronlar nəhəng (və) və tərcümə hərəkətinin sürətinə malikdir. Cütün mərkəzi müsbət yükü hərəkətli elektronların özləri tərəfindən hərəkətə gətirildiyi üçün, xarici bir sahənin təsiri ilə Cooper cütü kristal ətrafında sərbəst hərəkət edə bilər və enerji boşluğu E u Şəkil göstərildiyi kimi bütün paylanma ilə birlikdə dəyişir. 6b. Beləliklə, bu baxımdan, super keçiriciliyin görünməsi üçün şərtlər də qane olur.

5-ci şəkil. 7

Bununla birlikdə, keçirici bantdakı bütün elektronlar Cooper cütlərinə bağlana bilməzlər. Bu proses elektronlardakı enerjinin dəyişməsi ilə müşayiət olunduğundan, enerjisini dəyişə bilən elektronlar cüt-cüt bağlaya bilər. Bunlar yalnız Fermi səviyyəsində yerləşən dar bir zolaqda yerləşən elektronlardır ("Fermi elektronları"). Kobud bir təxmin göstərir ki, bu cür elektronların sayı ümumi sayın ~ 10 -4, şerit genişliyi isə 10 -4-dir.

Əncirdə momentiya məkanında qurulmuş bir Fermi radius dairəsidir.

Üzüklər c 1, c 2, c 3 bucaqlarında p oxuna nisbətən enli dl-dən hazırlanmışdır. uclarında vektorları bu halqanın sahəsinə düşən elektronlar, demək olar ki, eyni sürətə malik bir qrup meydana gətirirlər. Hər bir belə qrupdakı elektronların sayı müvafiq halqanın sahəsinə mütənasibdir. Q artdıqca halqaların sahəsi artır və müvafiq qruplardakı elektronların sayı artır. Ümumiyyətlə, bu qrupların hər hansı birinin elektronları cüt-cüt bağlana bilər. Maksimum cüt cütlük daha böyük olan bu elektronlar tərəfindən əmələ gəlir. Ən çoxu, momentin ölçüdə bərabər olduğu və əks istiqamətdə əks olunduğu elektronlardır. Belə elektronların vektorlarının ucları dar bir zolaqda deyil, bütün Fermi səthində yerləşir. Hər hansı digər elektronlarla müqayisədə bu elektronların o qədər çoxu var ki, yalnız bir qrup Cooper cütü praktik olaraq - böyüklükdə və əks impuls impulslarına bərabər olan elektronlardan ibarətdir. Bu cütlərin diqqətəlayiq xüsusiyyəti, cütlərin kütlə mərkəzlərinin eyni vəziyyətdə olması, cütlərin istirahət zamanı sıfıra bərabər olması və sıfırdan fərqli olması, cütlərin kristal boyunca hərəkət etdiyi zaman bütün cütlər üçün eynidir. Bu, hər bir elektronun hərəkətinin cüt-cüt bağlanmış bütün digər elektronların hərəkəti ilə kifayət qədər ciddi bir korrelyasiyasına səbəb olur.

Elektronlar "bir-birlərinə iplə bağlanan alpinistlər kimi hərəkət edirlər: əgər onlardan biri qeyri-bərabər ərazi (atomların istilik hərəkəti səbəbindən) uğursuz olsa, qonşular onu geri qaytaracaqlar." Bu əmlak Cooper cütlərinin kollektivini dağılmağa daha az həssas edir. Buna görə, buxarlar bir və ya digər bir xarici hərəkət tərəfindən sifarişli bir hərəkətə gətirilərsə, onda onların yaratdığı elektrik cərəyanı, buna səbəb olan amil bitdikdən sonra da istədiyi qədər mövcud ola bilər. Yalnız bir elektrik sahəsi E belə bir amil ola biləcəyi üçün bu Fermi elektronlarının Cooper cütlüyünə bağlandığı bir metalda, həyəcanlanmış elektrik cərəyanı i sahə bitdikdən sonra da dəyişməz qalmaqdadır: i \u003d const E \u003d 0. Bu, metalın mükəmməl bir keçiriciliyə malik olduğu həqiqətən aşırı bir vəziyyətdə olduğunu sübut edir. Təxminən belə bir elektron vəziyyətini sürtünmə olmadan hərəkət edən cisimlərin vəziyyəti ilə müqayisə etmək olar: bu cür cisimlər ilkin impuls alaraq, dəyişmədən uzun müddət özbaşına hərəkət edə bilər.

Yuxarıda biz Cooper cütlüyünü bir helium atomu ilə müqayisə etdik. Ancaq bu müqayisə çox diqqətlə aparılmalıdır. Artıq qeyd edildiyi kimi, cütün müsbət yükü sabit və sabit bir şəkildə, bir helium atomu kimi, lakin hərəkət edən elektronların özləri tərəfindən hərəkətə keçir və onlarla birlikdə hərəkət edir. Bundan əlavə, bir cütdəki elektronların bağlanma enerjisi bir helium atomundakı bağlama enerjisindən daha çox böyük əmrlərdir. Cədvəl 1-dəki məlumatlara görə, Cooper cütləri üçün E b \u003d (10 -2 -10 -3) eV, helium atomları üçün E b \u003d 24.6 eV. Buna görə, Cooper cütlüyünün ölçüsü helium atomunun ölçüsündən daha böyük ölçüdə bir çox sifarişdir. Hesablama L cütlüyünün təsirli diametrinin olduğunu göstərir? (10 -7 -10 -6) m; uyğunluq uzunluğu da adlanır. Cütlüyün işğal etdiyi L 3 həcmində digər bu cütlərin ~ 10 6 kütləsi mərkəzləri yerləşmişdir. Buna görə də, bu cütləri ayrı-ayrılıqda ayrıca ayrılan "kvasimolekullar" hesab etmək olmaz. Digər tərəfdən, bütün cütlərin dalğa funksiyalarının böyük bir üst-üstə düşməsi, elektronların cütləşməsinin makroskopik təzahürünə kvant təsirini artırır.

Cooper helium atomları ilə cütləşən başqa bir bənzətmə var və çox dərin bir. Bu, bir cüt elektronun atomlarla yanaşı, bütöv bir fırlanma sistemi olan bir sistem olmasıdır. Məlumdur ki, helium artıqlığını daha az enerji səviyyəsində boson kondensasiyasının xüsusi təsirinin təzahürü hesab etmək olar. Bu baxımdan, super keçiricilik, Kuper cüt elektronlarının üstünlüyü hesab edilə bilər. Bu bənzətmə daha da irəli gedir. Nüvələri yarım tam ədəd spinə sahib olan başqa bir helium izotopu da artıqlığa malik deyildir. Lakin bu yaxınlarda aşkar edilən ən diqqət çəkən həqiqət odur ki, temperatur azaldıqda atomlar Cooper-ə bənzər cütlüklər əmələ gətirə bilər və maye artıq maye olur. İndi deyə bilərik ki, yerüstü su onun atomlarının cüt keçiriciliyinə bənzəyir.

Beləliklə, elektron cütləşmə prosesi adi bir kollektiv effektdir. Elektronlar arasında yaranan cazibə qüvvələri iki təcrid olunmuş elektronun cütləşməsinə səbəb ola bilməz. Əslində Fermi elektronlarının və qatı atomların bütün kollektivi cütlərin meydana gəlməsində iştirak edir. Buna görə bağlayıcı enerji (boşluq genişliyi E u) bütövlükdə elektronların və atomların kollektivinin vəziyyətindən asılıdır. Mütləq sıfır olduqda, bütün Fermi elektronları cüt-cüt bağlandıqda, enerji boşluğu E u eninə E u (0) çatır. Temperaturun artması ilə cütü parçalamaq üçün kifayət qədər enerji səpərkən elektronları məlumatlandıra bilən fononlar meydana çıxır. Aşağı temperaturda bu fononların konsentrasiyası azdır və nəticədə elektron cütlərinin yıxılması halları nadir olacaqdır. Bəzi cütlərin yırtılması, qalan cütlərin elektronları üçün boşluğun itməsinə səbəb ola bilməz, ancaq biraz daha dar edir; boşluğun sərhədləri Fermi səviyyəsinə yaxınlaşır. Temperaturun daha da artması ilə fonon konsentrasiyası çox sürətlə böyüyür, əlavə olaraq onların ortalama enerjisi artır. Bu, elektron cütlərin yıxılma sürətinin kəskin artmasına və müvafiq olaraq, qalan cütlər üçün enerji boşluğunun genişliyinin sürətlə azalmasına səbəb olur. Müəyyən bir temperaturda T boşluğa qədər boşluq tamamilə yox olur, kənarları Fermi səviyyəsi ilə birləşir və metal normal vəziyyətə keçir.

2.5 Metal fononlar səbəbiylə elektronlar arasında təsirli qarşılıqlı əlaqə

Frelich, elektronların fononlarla qarşılıqlı təsirinin elektronlarla təsirli bir qarşılıqlı təsir göstərə biləcəyini göstərdi. Aşağıda onun nəzəriyyəsinin əsas məqamlarını qeyd edirik.

İdeal bir panjara içərisində bir elektronun hərəkəti, Bloch funksiyası ilə müəyyən edilir

dövri vəziyyətini təmin edən u k (r) funksiyası ilə modullanmış bir təyyarə dalğasını təmsil edən u k (r) \u003d u k (r + n), burada n - qarmaq vektoru, k - dalğa vektoru; h y, spin vəziyyətinin funksiyasıdır. Onun açıq forması və u k (r) funksiyasının forması bundan sonra lazım olmayacaqdır.

V həcmdə N elektronları olan bütün metalın elektron dalğa funksiyası N funksiyasının q k, y antisimmetrik məhsuludur. Yer vəziyyəti Fermi səthinin içərisindəki k - məkanda yerləşən dövlətlərin doldurulmasına uyğundur. Güman edirik ki, bu səth zonanın hüdudlarından uzaqda yerləşir və izotropik, yəni k 0 radius dairəsini təmsil edir. həyəcan verdikdə, əyalətlərin elektronları | k |< k 0 переходят в состояния k| >  k 0.

Əgər e k kvasimomentum k ilə bir elektron vəziyyətinin enerjisidirsə, ikinci kvantlaşma təmsilçisində elektron sistemin Hamiltonianı (sabit müddətə qədər) formasına malikdir

burada a + ky, ku - kvazipartikulların yaradılması və məhv edilməsinin Fermi operatorları.

Metal qəfəsin fononları ilə qarşılıqlı təsir operatorunu təyin etmək üçün nəzərə alırıq ki, panjada n-yeri tutan müsbət ion o n dəyəri ilə əvəzləndikdə bir elektronun qatı ilə qarşılıqlı təsir enerjisi bir dəyərə dəyişəcəkdir. Buna görə ikinci kvantlaşdırma nümayəndəliyində elektron - fonon qarşılıqlı təsir operatoru şəklində yazıla bilər

harada operator Fermi operatorları baxımından bərabərlikdən istifadə edərək a ku və Bloch funksiyaları ilə ifadə olunur

Buna görə ion yerdəyişməsi operatoru müəyyən edilmişdir

Harada, - Bose operatorları; s, dalğa vektoruna q uyğun uzunluqlu səs dalğalarının sürətidir, çünki yalnız uzunlamasına dalğalar qatqı verir və onlar üçün u (q) \u003d kv.

Bu cəmin, əgər və sıfıra bərabər olduğunu nəzərə alsaq, elektron nömrələrin təmsil olunmasında elektron-fonon qarşılıqlı təsir operatorlarının son ifadəsini alırıq

burada (1825) - Fermi operatorlarının məhsullarının cəmi üçün ixtisarlar; elektron-fononun qarşılıqlı təsirini təyin edən kiçik bir dəyərdir. İnteqrasiya bir vahid hücrədə aparılır. "E.S." hərfləri göstərilən üzvlər Hermitianın hamısını əvvəlki kimi birləşdirirlər.

Qarşılıqlı əlaqə operatoru (24) elektronların fırlanma vəziyyətindən müstəqildir, buna görə gələcəkdə spin indeksini y yaza bilmərik. Əməliyyatçı (24) paneldəki ionların bütövlükdə hərəkət etdiyini, D (q) yalnız q-dan asılı olduğunu və k-dən asılı olmadığını və qarmaqdakı ion titrəmələrinin bütün q dəyərləri üçün uzununa və eninə bölündüyü ehtimalına görə alındı; yalnız uzunlamasına fononlarla. Bu sadələşdirmədən, hesablamalar daha mürəkkəbdir. Bu fəsad yalnız kəmiyyət nəticəsi əldə etmək üçün lazım olduqda haqlıdır.

Oxşar sənədlər

Maqnit axınının miqdarı. Super keçiriciliyin termodinamik nəzəriyyəsi. Josephson effekti, həddindən artıq keçirici kvant fenomeni kimi. Super keçirici kvant müdaxilə detektorları, onların tətbiqi. Zəif maqnit sahələrini ölçmək üçün bir cihaz.

nəzarət işləri, 02.09.2012 əlavə edildi


Super keçiricilik anlayışı və təbiəti, praktik tətbiqi. 1-ci və 2-ci növ super keçiricilərin xüsusiyyətlərinin xarakteristikası. Ultra aşağı temperaturda metalların super keçiriciliyi fenomenini izah edən "Bardin-Cooper-Schriffer nəzəriyyəsi" nin (BCS) mahiyyəti.

abstrakt, 01/01/2010 tarixində əlavə edilmişdir


Super keçiricilərin kəşfi, Meissner effekti, yüksək temperaturlu super keçiricilik, super keçirici bum. Yüksək temperaturlu super keçiricilərin sintezi. Super keçirici materialların istifadəsi. Dielektriklər, yarımkeçiricilər, keçiricilər və super keçiricilər.

müddətli sənəd, 06.04.2016 tarixində əlavə edildi


1911-ci ildə civə müqavimətindəki dəyişikliklərin xüsusiyyətlərinin kəşfi. Bir çox dirijor üçün xarakterik olan super keçiricilik fenomeninin mahiyyəti. Super keçiriciliyin ən maraqlı mümkün tətbiqi. "Məhəmməd tabutu" ilə sınaq.

təqdimat 11/22/2010 əlavə edildi


Dirakın monopolunun hipotezi. Super keçiricilik şəraitində müşahidə olunan maqnit axınının miqdarı ilə eynidır bir elektronun maqnit yükü. Maqnetik axının miqdarı təsirinin təhlili. Coulomb qanunu: elektrik və maqnit yükünün qarşılıqlı təsiri.

məqalə 9 dekabr 2010 tarixində əlavə edildi


Elektrik cərəyanına birbaşa müqavimət göstərən və maqnit sahəsini həcmdən kənara itələyən. Super keçirici materialın istehsalı. Cərəyan tərəfindən super keçiriciliyin məhv edilməsində ara vəziyyət Birinci və ikinci növ super keçiricilər.

müddətli kağız əlavə edildi 07/24/2010


Super keçirici materialların xüsusiyyətləri. Elektrik müqavimətinin və maqnit olmayan boşluqların maqnit keçiriciliyinin təyini. Bölgələrdə maqnit sahəsinin düşməsi. Cihazın işləməsi şərtləri. Meissner effektinin tətbiqi və ixtirası.

elmi iş, 04/20/2010 əlavə edildi


Super keçiricilik nəzəriyyəsi və təcrübəsi ilə məşhur olan böyük fiziklər. Aşağı temperaturda maddələrin xüsusiyyətlərinin öyrənilməsi. Super keçiricilərin çirklərə reaksiyası. Super keçiriciliyin fiziki təbiəti və praktik tətbiqi perspektivləri.

təqdimat, əlavə edildi 04/11/2015


Super keçiricilərin kəşf tarixi, onların təsnifatı. Fazanın super keçirici vəziyyətə keçməsi. Bu fenomeni izah edən elmi nəzəriyyələr və onu nümayiş etdirən təcrübələr. Josephson effekti. Sürətləndiricilərdə, tibbdə və nəqliyyatda super keçiriciliyin istifadəsi.

müddətli sənəd əlavə edildi 04.04.2014


Layihənin əsaslandırılmasına elmi və nəzəri dəstək nəzəri fizikanın nəzərdən keçirilmiş elementar biliklərinə əsaslanır. Bu, bir çox hallarda, bu günə qədər nədənsə istifadə edilməyən bir sıra qanunlar və gözəl effektlərdir.

TƏHLÜKƏSİZLİK

 2007 Lobachev V.V. *, Yarzhemsky V.G. *, Kholmansky A.S. **

Məqalədə superkeçiricilik nəzəriyyələrinə qısa bir fikir verilir və yüksək temperaturlu super keçiricilik problemləri təhlil edilir.

GİRİŞ

Super keçiricilik fenomeni (1911) maye helium əldə edildikdən üç il sonra kəşf edildi. Normal təzyiqlərdə helium ~ 4.2 K. temperaturda maye olur Hollandiyalı fizik K. Kamerling-Onnes, belə aşağı temperaturda bəzi metalların elektrik müqavimətini kəskin şəkildə itdiyini söylədi.

Bir metal nümunə bir gərginlik mənbəyinə bağlanır və maye helium ilə soyudulur. Nümunə boyunca gerilim bir voltmetr ilə ölçülür, temperatur müəyyən bir kritik T-dən aşağı düşdükdə sıfıra endirildi. Alternativ bir təcəssümdə, bir super keçiricinin bir halqası öz təyyarəsinə dik olan bir maqnit sahəsinə yerləşdirildi. Maqnit sahəsi bağlandıqdan sonra halqada bir induksiya cərəyanı həyəcanlandı. Adi metallarda bu cərəyan tez çürüyür. Bir super keçiricidə cərəyan qalır və qeyri-müəyyən axır. Hal-hazırda incə təcrübələr göstərir ki, bir super keçiricinin müqaviməti ən azı yüksək deyil. Bu dəyər
  yaxşı bir dirijorun müqavimətindən daha az - mis. Super keçirici cərəyanın azalma vaxtını qiymətləndirək.

Şek. 1. B və T arasındakı əlaqə.

Sonradan məlum oldu ki, super keçirici vəziyyət nəinki temperatur müəyyən bir T k-dən yuxarı qalxdıqda deyil, həm də maqnit sahəsinin və super keçirici cərəyanın (V k və I k) məhdudlaşdırıcı dəyərlərində də məhv olur. Əncirdə 1 arasındakı nümunəvi bir əlaqəni göstərir
.

SUPERCONDUKTOR VƏ İSTİFADƏSİ İSTEHSAL

Super keçiricinin sıfıra çox yaxın bir müqaviməti olduğundan, ideal bir keçiricinin (R \u003d 0) və super keçiricinin xüsusiyyətləri eyni olduğuna inanılır. Ancaq məlum oldu - bu yalnız elektrik müqavimətinə aiddir. Bir maqnit sahəsində müvafiq nümunələr arasında bir fərq tapılır. T c-dən az bir temperaturda ideal bir dirijor çəkin. Maqnit sahəsinə daxil olduqda, sıfır maqnit axını əvvəllər olduğu kimi sıfır qalacaq, çünki xarici maqnit axınının artmasını kompensasiya etmək üçün nümunədə çirkli cərəyanlar meydana çıxır (dolayısı ilə maqnit induksiyası B \u003d 0). Maqnit sahəsini kritik temperaturdan yüksək bir temperaturda açarsanız, nümunəni soyudun, sonra bu vəziyyətdə ideal keçiricidə maqnit sahəsi qalacaq. Yaranan ifrat cərəyanlar onun dəyişməsinə imkan verməyəcəkdir.

Bir super keçiricidə, 1933-cü ildə Meissner və Ochsenfeldin kəşf etdiyi kimi, maqnit sahəsi həmişə sıfırdır. Super keçiricinin nümunəsi super keçirici vəziyyətə gələrsə, nümunənin keçiddən əvvəl xarici bir maqnit sahəsində olub olmamasından asılı olmayaraq içərisindəki maqnit sahəsi dərhal sıfıra bərabər olur.

Maqnit sahəsi super keçiricidən məcburidir. Buradan belə nəticəyə gəlinir ki, super keçirici və ideal dirijor təbiətdə əsaslı şəkildə fərqlənir.

SUPERCONDUCTIVITY nəzəriyyələrinə baxış

Super keçiriciliyi izah etmək üçün ilk cəhd qardaşlar G. London və F. Londonun nəzəriyyəsi idi (1935). Super keçiricilərin bir çox xüsusiyyətlərini izah edən tənliklər əldə edildi. Super keçirici içərisində olan elektronların iki qrup şəklində nəzərdən keçirilə biləcəyi güman edilmişdir: super keçirici və normal elektronlar (iki maye model).

Sıfır dərəcədə bütün elektronlar super keçiriciyə çevrilir. Artan temperaturla, super keçirici elektronların sıxlığı   T \u003d T k-də azalır və yox olur .. Super keçirici elektronlar hərəkət edərkən müqavimət göstərmir. Belə bir hərəkət üçün bir elektrik sahəsi lazım deyil - super keçirici elektronlar sanki ətalət ilə hərəkət edir. Elektrikli bir sahə olmadıqda normal elektronlar istirahətdədir.

Super keçirici yalnız cərəyan sabit olduqda heç bir müqavimət göstərmir. Alternativ cərəyan vəziyyətində müqavimət sıfırdır və alternativ cərəyanın tezliyi nə qədər yüksək olarsa.

Maqnit sahəsi qalınlığı verilən nazik bir səth sahəsində sıfıra bərabər deyil

Ginzburg və Landau, fenomenin miqdarını nəzərə alaraq fövqəladə keçirmə nəzəriyyəsinə fenomenoloji bir yanaşma etdilər və onu ikinci dərəcəli faza keçidi kimi izah etdilər. İkinci dərəcəli faza keçidi, birləşmə vəziyyətində dəyişiklik olmadan bir keçiddir. Yalnız kristal panjasının simmetriyası və fiziki kəmiyyətlərin temperatur asılılığının davranışı dəyişir.

Daha sonra (1961), Diver və Fairbank eksperimental olaraq bir super keçirici üzüklə əlaqəli maqnit axınının kəmiyyətləşməsini kəşf etdilər. Üzüyü T\u003e T c səviyyəsində bir maqnit sahəsinə qoyun. Temperaturu aşağı salın və halqanı super keçirici vəziyyətə köçürün, sonra maqnit sahəsini söndürün. Faraday-Lenz qanununa görə, bir induksiya cərəyanı meydana gələcək, bu da maqnit axınının dəyişməsinin qarşısını alacaqdır. Üzük müqaviməti sıfır olduğu üçün bu cərəyan çürüməyəcək. Üstəlik, belə bir "dondurulmuş maqnit axınının" dəyəri ixtiyari ola bilməz. A düsturla ifadə olunur

  burada n tam ədəddir.
Normal bir dirijorda, cərəyanın keçməsi istiliyin buraxılması ilə müşayiət olunur (Joule-Lenz qanunu). Bu istilik, elektronların kristal panjası ilə toqquşması ilə əlaqədardır. Elektronların kinetik enerjisi panik vibrasiya enerjisinə (istilik enerjisi) çevrilir.

Bundan sonra super keçiricilik fenomeninin mahiyyəti aşağıdakı kimi formalaşdırıla bilər: aşağı temperaturda kristal panjası nədənsə hərəkətli elektronlardan enerji ala bilmir. Niyə? Super keçiricilik fenomenini anlamaq üçün, kristallardakı elektronlar və atomların enerjinin yalnız müəyyən hissələrdə - kvantla ötürülə biləcəyi kvant mexanikasının qanunlarına tabe olduğunu xatırlamalıyıq. Həm kristaldakı sərbəst elektronların enerjiləri, həm də kristal panjasının titrəmələri ölçülür. Şəbəkə vibrasiyasının kvant xarakteri temperaturun mütləq sıfıra yaxınlaşması ilə özünü göstərir. Şəbəkə elektrona yalnız çox müəyyən bir enerji - bir kvant titrəmə enerjisini ötürə bilər. Sonra vibrasiya enerjisinin kvantı elektron enerji səviyyələri arasındakı məsafədən az olsaydı, super keçiricilik yarana bilər. Bu vəziyyətdə bir kvant vibrasiya bir elektronu başqa bir enerji səviyyəsinə keçirtmək üçün kifayət etməzdi. Ancaq bu belə deyil - metallarda olan elektronlar demək olar ki, sərbəstdir və səviyyələr arasındakı məsafə əhəmiyyətsizdir. Buna görə də, çox aşağı temperaturda olsa da, fərdi elektronlar panjara ilə sərbəst şəkildə enerji mübadiləsi aparırlar.

Teorik olaraq, təmiz metallarda super keçiricilik problemi Bardin, Cooper və Schrieffer tərəfindən BCS nəzəriyyəsi adlandırılan bir nəzəriyyə yaradaraq həll edildi. Kristal qəfəsin titrəmələri ilə qarşılıqlı təsir səbəbindən elektronların Cooper cütləri adlandırdıqları cütləri meydana gətirmələrini təklif etdilər. Bir super keçirici cərəyan, elektrik sahəsinin təsiri altında meydana gələn elektron cütlərin istiqamətli hərəkətidir. Bununla birlikdə, elektronlar panjur titrəmələri ilə ayrıca qarşılıqlı təsir göstərir. Buna görə enerjini bir cütə köçürmək üçün əvvəlcədən şəbəkə titrəmələri əvvəlcə cütü məhv etməli, daha sonra enerjini elektronlardan birinə ötürməlidir.

Kuper cütlüyündə kvant mexanikasının bəzi prinsiplərini xatırlatmalı olduğumuzu anlamaq üçün daxili simmetriya var. Elektronlar Pauli prinsipinə tabe olurlar, yəni. artıq bir elektron bir kvant vəziyyətində ola bilməz. Pauli prinsipinə görə, bərkdəki bütün elektronların sıfıra bərabər anları ola bilməz. Keçirici elektronların impulsları ardıcıllıqla Fermi səthi deyilən bir səthlə bağlanmış pulsların boşluğundakı həcmi doldurur. Qoşulma p-nin əvəzinə, qatı dövlət nəzəriyyəsində təcil ilə əlaqəli dalğa vektorunu k istifadə etmək adətdir.

P \u003d nk
Elektronların başqa bir, sırf kvant dərəcəsi azadlıq spinləri var. Vizual bir şərh üçün, spin oxun ətrafında bir elektronun fırlanması şəklində təmsil olunur. Özbaşına seçilmiş fırlanma oxu üçün iki fırlanma istiqaməti olduğu kimi, bükülmə yuxarı və aşağı iki istiqamət var. Buna görə də, təcil məkanının hər nöqtəsində yuxarı və aşağı fırlanan iki elektron ola bilər. Aydındır ki, Pauli prinsipinə görə Fermi səthinin dərin hissəsində yerləşən elektronlar öz impulslarını az miqdarda dəyişə bilməzlər, çünki yaxınlıqdakı bütün səviyyələr məşğuldur. Yalnız Fermi səthinə yaxın olan elektronlar keçiricilikdə iştirak edirlər. Bir sahə tətbiq edildikdə, Fermi səthinin yaxınlığındakı elektronlar sürətini dəyişir. Pauli prinsipi buna mane olmur, çünki qonşu dövlətlər azaddır. Beləliklə, dirijorlarda normal bir cərəyan var.

İndi bir super keçirici cərəyanın necə yarana biləcəyini anlamalıyıq. Kvant mexanikasından məlum olur ki, iki elektron qarşılıqlı olduqda iki enerji səviyyəsi yaranır: biri iki dövlətin enerjisinin cəmindən daha yüksək enerji, digəri isə daha aşağı enerji ilə. Və bir cüt elektron ən aşağı enerji səviyyəsini tutur. İndi impulsu elektrona ötürməzdən əvvəl, paneldəki titrəmələr cütü məhv etməlidir və bunun üçün panjalı vibrasiyanın kvant enerjisi cüt bağlayıcı enerjidən çox olmalıdır. Beləliklə, BCS elektronlar arasındakı qarşılıqlı əlaqə növünü tapmaq və cütlüyün quruluşunu müəyyənləşdirmək üçün lazım idi. BCS nəzəriyyəsinə görə, Fermi səthində uzanan əks moment ilə cütlükdə iki elektron birləşdirilmişdir. Cütlüyün ümumi təcili sıfırdır. Elektrikli bir sahə tətbiq edildikdə, cütlükdəki elektronların momenti biraz dəyişir və cütün kütlə mərkəzi intensivlik vektoruna əks istiqamətdə hərəkət etməyə başlayır. Cütdəki adi super keçiricilərdəki Cooper cütlüyündəki elektronların əks spinləri var. Belə bir cütə təklənmə deyilir. Cüt enerjisi fononlarla qarşılıqlı təsir nəticəsində azalır (qapalı vibrasiya). Son fərziyyə izotop təsiri ilə təsdiqlənir. Atomlar izotoplarla əvəz edildi - eyni sayda protonlu, lakin fərqli bir atom kütləsi olan və keçid istiliyi dəyişdi. Şəbəkə vibrasiyasının enerjisi atomların kütləsindən asılı olduğundan, elektronlar arasındakı cəlbedici potensialın tapılması barədə izotopik təsirin olması ilə nəticələnir. Klassik BCS super keçiricilərinin vacib bir xüsusiyyəti də Cooper cütləşməsinin izotropiyası (sferik simmetriya) dir. Nəbzinin müəyyən bir böyüklüyünə sahib olan bütün elektronlar, istiqamətindən asılı olmayaraq, eyni zamanda temperaturun azalması ilə Cooper cütlərini meydana gətirir.

İndi BCS nəzəriyyəsindən irəli gələn superkeçiricilərin əsas xüsusiyyətlərini hazırlayırıq:

1. 
   Kuper yaket cütləri (bir cütdəki elektron fırlanma qarşı yönəldilmişdir).
2. 
   Super keçirici vəziyyət sferik olaraq simmetrikdir
3. 
   Maqnetik sahələr super keçiriciliyə mane olur.
4. 
   Super keçiricilik elektron-fononun qarşılıqlı təsirindən yaranır.
5. 
   Super metallarda super keçiricilik müşahidə olunur.

Qasırğa Abrikosova

İkinci növ bir super keçiricinin səthinə maqnit sahəsinin nüfuz etmə mexanizmini izah etmək üçün A. A. Abrikosov tərəfindən hazırlanmış və eksperimental olaraq təsdiqlənmiş elektron vortisiyalar ideyası çox məhsuldar olduğunu sübut etdi. Ən sadə vəziyyətdə, vorteks, maqnit axınının super keçiriciyə nüfuz edə biləcəyi nazik silindrik bir borudur (şəkli 0,1 mkm olan bir radiusdur) (Şəkil 2). Maqnit sahəsi tüpdə, borunun oxu ətrafında axan elektrik cərəyanları ilə qorunur.

Şəkil 2. Qarışıq bir dövlətin sxemi (Şubnikovski fazası). Bir maqnit sahəsi və həddindən artıq keçirici dairəvi cərəyanlar iki döngədə göstərilir.

Vorteks, əslində, super keçiricidə bir çuxurdur və oradan keçən maqnit axını ölçülməlidir. Abrikosovun qərarına əsasən, burulğanlar elastik neytron səpilməsinə dair təcrübələrdə qarışıq vəziyyət vəziyyətində qurulmuş müntəzəm bir qapaq təşkil edir.

Yüksək Temperatur TƏHLÜKƏSİZLİKDƏN PROBLEMLƏR

1986-cı ildə Müller və Bednorets'in işi ortaya çıxdı, bu zaman La 1.8 Ba 0.2 CuO 4 oksidində qeyri-adi yüksək temperaturda təsbit edildi T c \u003d 100 K. Bu yeni keçiricilik yüksək temperaturlu HTSC adlanırdı. Maraqlıdır ki, sonradan Nobel mükafatının verildiyi əsər yayımlanmadı ən nüfuzlu  ABŞ-da nəşr olunan Fiziki İcma və Alman jurnalı Zeitshrift Fyur Fyusik. Fakt budur ki, müəlliflər əvvəlcə məqaləni Fiziki Baxışa göndərdilər, lakin rəyçilər məqaləni rədd etdilər: çünki oksidlərdə və hətta belə yüksək temperaturda super keçiricilik ola bilməz! Bənzər bir hekayə SSRİ-də eyni birləşmələrlə baş verdi. Bu birləşmələr 1979-cu ildə SSRİ Elmlər Akademiyasında I. S. Şaplygin və V. B. Lazarev tərəfindən sintez edilmişdir. Müəlliflər bu birləşmələrdə keçiriciliyin qeyri-adi temperatur asılılığını tapdılar. Aşağı nümunələrdə super keçiriciliyi yoxlamağa başlamadılar, çünki nümunələrinin üstün keçiriciliyini güman edə bilmədilər. Bunu yalnız Müller və Yazıq Ritsandan sonra yoxladılar!

HTSC-lərin kəşfindən 2-3 il əvvəl belə superkeçiricilər belə bir rekord T cari ilə deyil, xassələrində eyni dərəcədə qeyri-adi - ağır fermion TFSP adlanan super keçiricilər əldə edildi. Bunlar UPt 3, (T c \u003d 0.55 K) UBe 13 (T c \u003d 0.8 K) Sr 2 RuO 4 (T c \u003d 1.5 K), UPd 2 Al 3 (T c \u003d 2 K), PrOs 4 Sb 12 (T c \u003d 1.85 K). HTSC və TFSP bir sözlə birləşir - qeyri-adi super keçiricilər. Artıq qəbul edilmiş tərifə görə, super keçiricilər qeyri-adi adlanır ki, burada da super keçirici vəziyyət sferik olaraq simmetrik deyildir, yəni. Kuper cütləşməsi bəzi nöqtələrdə və Fermi səthinin xətlərində olmur. Qeyri-adi super keçiricilər eksperimental olaraq temperatur asılılığında adi fiziki kəmiyyətlərdən fərqlənir. Adi super keçiricilərdə, istilik keçiriciliyi kimi fiziki miqdarların temperaturdan asılılığı eksponensialdır. Qeyri-adi super keçiricilərdə fiziki kəmiyyətlərin temperaturdan asılılığı güc qanunudur.

Həddindən artıq keçirici dövlətin digər vacib bir xüsusiyyəti paritetdir, yəni. bir cütün dalğa funksiyası fəza inversiyasının təsiri altında necə dəyişir I. Məktəb həndəsəsində bütün koordinatların işarəsi dəyişdirildikdə dəyişməyən rəqəmlər və bu xüsusiyyətə malik olmayan rəqəmlər mərkəzsiz simmetrik sayılır. Kvant mexanikasında, kristal quruluşu mərkəzdən simmetrikdirsə, I vəziyyətinin dalğa funksiyası Ψ (R) üzərində tərs olması ilə xarakterizə olunan iki vəziyyət mümkündür. Hətta dövlət:

Qəribə vəziyyət:


Kvant mexanikasının qanununa görə, əgər cütlükdəki elektronların spirləri əks istiqamətə yönəldilirsə (tək cüt), onda dalğa funksiyası bərabərdir və eyni olarsa (üçlü cüt), onda dalğa funksiyası təkdir. Super keçiricilərin yeni növlərinin eksperimental tədqiqi müəyyən etdi ki, onların çoxunda super keçirici vəziyyət tək bir dalğa funksiyasına malikdir və cütdəki elektronların spirləri paralel olur. Bu, daha bir qeyri-adi mülklərini bağlamağa imkan verdi: bəzilərində super keçiricilik (UBe 13 UPt 3 Sr 2 RuO 4, UPd 2 Al 3 PrOs 4 Sb 12) üçqat xarakterə malikdir, lakin bəziləri, məsələn, HTSC-də, təkdir.

İnterelektron qarşılıqlı təsirlər həmişə iki elektron elektron dövlətin qarşılıqlı təsiri nəticəsində daha aşağı enerji (yer), digərinin daha yüksək enerji (həyəcanlandığı) və hər iki elektronun yer halını tutmasına səbəb olur. Qarşılıqlı əlaqə növlərinin hansının əsas olacağını - tək və ya üçlü olduğunu müəyyənləşdirir. Son 20 ildə bir çox nəzəriyyə yaradıldığına və minlərlə əsərin nəşrinə, qeyri-adi super keçiricilərdə super keçiriciliyə səbəb olan qarşılıqlı təsir növləri hələ etibarlı olaraq məlum deyildir. Yalnız DFT-lərdə bir cütdəki elektronların qarşılıqlı təsirinin maqnetizmlə əlaqəli olduğu məlumdur. Kristallardakı bəzi atomların atom elektronlarının spirlərinin paralel istiqamətdə olması ilə əlaqəli öz maqnetik anları var. Qonşu atomların anları paralel olaraq istiqamətləndirilə bilər - belə bir quruluşa ferromaqnit və ya antiparallel deyilir - belə bir quruluş antiferromaqnit adlanır. Bir çox qeyri-adi super keçiricilərdə (məsələn, UBe 13, UPt 3), temperaturun 10T c-yə enməsi zamanı antiferromaqnit keçid müşahidə olunur. Antiferromaqnit quruluşunun və super keçiriciliyin bərabərliyi UPd 2 Al 3-də etibarlı şəkildə müşahidə olunur, Sr 2 RuO 4 və PrOs 4 Sb 12-də spontan maqnit sahələri aşkar edilir. Beləliklə, BCS super keçiricilərində bir maqnit sahəsi super keçiriciliyi məhv edərsə, o zaman qeyri-adi super keçiricilərdə daxili maqnit sahələri birtəhər super keçiriciliyi dəstəkləyir.

Nəticə

İndi qeyri-adi super keçiricilərin 5 əsas xüsusiyyətlərini hazırlayırıq:

1. 
   Kuper cütləri həm tək, həm də üçlü ola bilər.
2. 
   Super keçirici vəziyyət sferik olaraq simmetrik deyil. Fermi səthində xətlər və Cooper cütləşməsinin olmadığı nöqtələr var.
3. 
   Super keçiricilik müəyyən bir şəkildə kristalın maqnit quruluşu ilə əlaqədardır.
4. 
   Super keçiriciliyə aparan spesifik qarşılıqlı təsirlər bilinmir, yalnız bu qarşılıqlı təsirlərin xarakterinin dəyişə biləcəyi aydındır.
5. 
   Super keçiricilik intermetalik birləşmələrdə və ion kristallarında müşahidə olunur.

Qeyri-adi super keçiricilərin bu beş xüsusiyyətinin adi super keçiricilərin xüsusiyyətlərindən əsaslı şəkildə fərqləndiyini görürük. Mövcud nəzəriyyə (BCS nəzəriyyəsi) müəyyən bir işi düzgün təsvir edir, lakin universal deyildir. Sonrakı araşdırmalar onun bir çox ümumi nəticələrini rədd etdi, lakin məntiqini inkar etmədi. Bu, yüksək temperaturlu super keçiricilik probleminin həll olunacağına və otaq temperaturunda işləyən super keçiricilərin yaradılmasına ümid verir.

Yüksək temperaturlu super keçiricilik mexanizmi ilə əlaqəli başqa bir perspektivli sahə, neyronların spiral miyelin örtükləri ilə duzlu keçiricilik mexanizminin öyrənilməsidir. Göründüyü kimi, Abrikosov kvant vortisiyalar modelinin rəsmiliyi onlara tətbiq edilə bilər.

ƏDƏBİYYAT

1. 
   Tsipenyuk Yu. M. Super keçiriciliyin fiziki əsasları. - M.: 1996.
2. 
   Kholmansky A.S. Beyin fizikasının modelləşdirilməsi // Riyazi Morfologiya. Elektron riyazi və biomedikal jurnal. - T. 5. - Cild. 4. - 2006. - URL: www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-12-html/holmansky-4/holmansky-4.htm

Hightemperature overconduction problemləri

Lobax

ev V.V., Yargemskiy V. G., Kholmanskiy A. S.

Hightemperature overconduction bəzi problemlərin nəzərdən keçirilməsi.
* Moskva Dövlət Ətraf Mühəndisliyi Universiteti (MGUIE).

** Moskva Dövlət Tibb və Diş Universiteti (MGMSU)

Müasir dünyada super keçiriciliyin əhəmiyyəti.

Bu gün, 500-dən çox saf element və aşırı keçiricilik mülkiyyəti olan ərintilər məlumdur. Super keçiricilərin əsas üstünlüyü, istehsal və ötürmə zamanı enerji itkisinin köklü azalmasıdır. Bu fenomenə əsaslanaraq, istehsal edən avadanlıq və mühərriklərin həcmini azaltmaq, yeni elektron qurğular yaratmaq və elmi tədqiqat və sənaye üçün ağır yüklü elektromaqnitləri inkişaf etdirmək mümkündür.

Bundan əlavə, elektrik stansiyalarında və enerjinin ötürülməsi və paylanması sistemlərində həddindən artıq keçiriciliyin istifadəsi elektrik istehsalını azaltmadan yanan yanacağın miqdarını azaltmağa və nəticədə atmosferə zərərli tullantıların faizini azaltmağa imkan verir.

Super keçiricilik anlayışı

Super keçiricilik  - Bəzi maddələrdə (super keçiricilərdə) müəyyən bir kritik temperaturdan aşağı soyudulduqda müşahidə olunan fiziki bir hadisə, fiziki mənası elektrik müqavimətini sıfıra çevirmək və maqnit sahəsini nümunənin həcmindən kənara itələməkdir (Şəkil 1).

Şəkil 1 Maqnit axını normal vəziyyətdə olan (a) çubuqa daxil olur, lakin çubuqdan itələyir, həddindən artıq keçirici vəziyyətə soyudulur (b).

§ 2.2 Kəşf tarixi:

Super keçiricilik fenomeninin kəşfi üçün əsas material ultralow temperaturuna qədər soyutma üçün texnologiyaların inkişafı idi. Maye helium aldıqdan sonra, Leiden Universitetindən (Hollandiya) G. Camerling-Onnes, maye heliuma batırılmış təmiz civənin müqavimətini ölçməyə başladı və (1911) maye helium temperaturunda civə müqavimətinin sıfıra endiyini kəşf etdi. Sonradan məlum oldu ki, bir çox digər metal və ərintilər də aşağı temperaturda çox keçirici olurlar.

Növbəti vacib kəşf 1933-cü ildə Alman fiziki W. Meisner və onun əməkdaşı R. Oksenfeld tərəfindən edildi. Bir silindrik bir nümunənin uzunlamasına bir maqnit sahəsinə yerləşdirildiyi və keçid istiliyinin altında soyuduqları təqdirdə, o, maqnit axınının tamamilə özündən çıxdığını bildirdi. Meissner effekti, bu fenomen adlandırdıqları kimi, əhəmiyyətli bir kəşf idi, çünki bunun sayəsində fiziklərə super keçiriciliyin kvant-mexaniki bir fenomen olduğu aydın oldu. Süperkeçiricilik yalnız elektrik müqavimətinin itməsindən ibarət olsaydı, onda klassik fizikanın qanunları ilə izah etməyə çalışıla bilər.

§ 2.3 Super keçiricilik və Meiser effektinin mahiyyəti:

Möhkəm keçirici elektrik cərəyanı, elektronların hərəkət edə biləcəyi bir kristal şəbəkədir. Şəbəkə atomlar tərəfindən həndəsi cəhətdən müntəzəm qaydada əmələ gəlir və hərəkət edən elektronlar atomların xarici qabıqlarından olan elektronlardır. Dirijor normal (qeyri-keçirici) vəziyyətdədirsə, onda hər bir elektron digərlərindən müstəqil şəkildə hərəkət edir. Hər hansı bir elektronun hərəkət etmək və buna görə də bir elektrik cərəyanını qorumaq qabiliyyəti, qatı ilə çarpışma ilə, eləcə də qatı atomurasiya ilə məhdudlaşır. Bir elektron cərəyanının bir dirijorda olması üçün ona bir gərginlik tətbiq edilməlidir; bu dirijorun elektrik müqavimətinə malik olması deməkdir. Dirijor super keçirici bir vəziyyətdədirsə, elektronlar artıq "kollektiv" kimi davrandıqları vahid makroskopik qaydada bir vəziyyətə gətirilir; bütün "komanda" xarici təsirlərə də cavab verir. Elektron və panjara arasındakı toqquşmalar qeyri-mümkün hala gəlir və bir dəfə meydana gələn cərəyan, xarici cərəyan mənbəyi (gərginlik) olmadıqda mövcud olacaqdır. Super keçirici vəziyyət spazmodik olaraq keçid temperaturu deyilən bir temperaturda yaranır. Bu temperaturun üstündən metal və ya yarımkeçirici normal bir vəziyyətdədir, aşağıda isə super keçirici bir vəziyyətdədir. Verilən bir maddənin keçid istiliyi iki "əks qüvvənin" nisbəti ilə müəyyən edilir: biri elektronları sifariş etmək üçün, digəri isə bu əmri məhv etmək istəyir. Məsələn, mis, qızıl və gümüş kimi metallarda sifariş vermə meyli o qədər azdır ki, bu elementlər mütləq sıfırdan bir neçə milyondan bir hissəsi qədər olan bir temperaturda belə super keçiriciyə çevrilmir. Digər metal və ərintilərdə 0.000325 ilə 23.2 K arasında dəyişkən istilik var.

Meiser effekti  (maqnit sahəsinin atılması) bütün fiziki sistemlərin minimal enerji ilə bir vəziyyətə gəlməsinə bağlıdır. Maqnit sahəsində müəyyən enerji var. Bir maqnit sahəsindəki bir super keçiricidə enerji artır. Ancaq yenidən keçiricinin səth qatında cərəyanların görünməsi səbəbindən yenidən azalır. Bu cərəyanlar xarici tərəfdən tətbiq olunan sahəni kompensasiya edən bir maqnit sahəsi yaradır. Bir super keçiricinin enerjisi xarici bir maqnit sahəsinin olmaması ilə müqayisədə daha yüksəkdir, lakin sahə içəriyə nüfuz edəndən daha aşağıdır.

§ 2.4 Nəzəri məlumat:

Super keçiriciliyin səbəblərinin mikroskopik izahı olduğunu iddia edən ilk nəzəriyyə, 1950-ci illərdə yaratdıqları Bardin - Cooper - Shriffer nəzəriyyəsi idi. Bu nəzəriyyə BCS adı ilə ümumdünya tanınması aldı və 1972-ci ildə Nobel mükafatına layiq görüldü. Nəzəriyyələrini yaratarkən müəlliflər izotopik effektə, yəni izotopun kütləsinin super keçiricinin kritik istiliyinə təsirinə etibar etdilər. Hesab olunurdu ki, onun mövcudluğu birbaşa fonon mexanizminin işləməsi səbəbindən super keçirici bir dövlətin yaranmasını göstərir.