загрузка...
загрузка...
На головну

Квантово-механічна теорія надпровідності

«== Попередня стаття | наступна стаття ==>

Теорія, яка пояснює явище надпровідності була розроблена в 1957 р Бардіним, Купером, Шріффером (БКШ - теорія). Основна ідея БКШ-теорії надпровідності полягає в тому, що між вільними електронами провідності матеріалу крім звичайних сил відштовхування (кулонівських) існують сили тяжіння, обумовлені поляризацією кристала, викликаної рухомим електроном. Вільний електрон, рухаючись в кристалі, притягує позитивно заряджені іони і створює в результаті надлишковий позитивний заряд, який притягує інші електрони, що призводить до появи куперовских пар. Відстань між електронами в куперовских парах може в сотні разів перевищувати постійну кристалічної решітки. Усе куперовские пари в кристалі знаходяться в однаковому квантовомеханічному стані. Явище накопичення таких бозе - частинок з найменшою енергією при низькій температурі називається конденсацією Бозе - Ейнштейна або Бозе - конденсат. При підвищенні температури позитивно заряджена область розмивається і зменшується сила тяжіння. Тому надпровідність проявляється у матеріалів, що мають сильне тяжіння електронів і ядер атомів (т. Е. Провідники - погані надпровідники). Два електрона куперовской пари з протилежно спрямованими спинами і рівними і протилежно спрямованими імпульсами завдяки електрон-фононної взаємодії (тобто взаємодії електронів з коливаннями кристалічної решітки) відчувають взаємне притягання і утворюють пов'язане стан з зарядом 2е.

Куперовськие пари утворюються між далеко розташованими електронами, де кулонівських сили відштовхування незначні. При цьому критична температура росте разом з дебаєвської.

Так як при зв'язуванні в пари енергія електронів змінюється, то значить, брати участь в цьому можуть тільки ті електрони, енергія яких може змінюватися. Загальна концентрація електронів, що утворюють пари, становить від їх загального числа.

У куперовской парі енергія електрона змінюється, що призводить до зміни спектра матеріалу. Для розриву куперовской пари потрібно квант енергії:

= - (ЕВ)> kT. (3.53)

Фізична природа надпровідності аналогічна надплинності (Ідея висловлена Ландау в 1941 р). Квантово-механічна теорія розглядає надпровідність як надтекучість електронів в металі з властивим надплинності відсутністю тертя. Електрони провідності рухаються в надпровіднику безперешкодно - без «тертя» про неоднорідність кристалічної решітки.

У квантовій теорії металів тяжіння між електронами (обмін фононами) Зв'язується з виникненням елементарних збуджень кристалічної решітки. Електрон, що рухається в кристалі і взаємодіє з іншим електроном за допомогою решітки (фононна взаємодія), Переводить її в збуджений стан. При переході решітки в основний стан випромінюється квант енергії звукової частоти - фонон, який поглинається іншим електроном. Тяжіння між електронами можна представити як обмін електронів фононами, причому тяжіння найбільш ефективно, якщо імпульси взаємодіючих електронів антіпараллельни.

Якщо при скільки завгодно низьких температурах кулоновское відштовхування між електронами переважає над тяжінням, що створює пари, то речовина (метал або сплав) зберігає звичайні властивості. При критичній температурі сили тяжіння переважають над силами відштовхування, тому речовина переходить в надпровідний стан.

Найважливішою особливістю пов'язаного в пари колективу електронів в надпровідники є неможливість обміну енергією між електронами і гратами малими порціями, меншими ніж енергія зв'язку пари електронів. Це означає, що при зіткненні електронів з вузлами кристалічної решітки не змінюється енергія електронів і речовина веде себе як надпровідник з нульовим питомим опором. Квантово-механічне розгляд показує, що при цьому не відбувається розсіювання електронних хвиль на теплових коливаннях ґрат або домішках. Це і означає відсутність електричного опору.

Для того щоб зруйнувати стан надпровідності, необхідна витрата певної енергії. При температурі більше критичної відбувається порушення пов'язаних станів електронних пар, припиняється тяжіння між електронами і явище надпровідності перестає існувати.

В 1986р в швейцарському філії американської фірми IBM (Беднорцем і Мюллером) було відкрито явище високотемпературної надпровідності в керамічному металооксидних матеріалі (La, Ba, Cu, O), що характеризується значенням критичної температури рівним 30К. Після заміни барію на стронцій температура зросла до = 40K. В даний час досягли значення критичної температури Т = 181К, але є повідомлення, що однією з японських фірм досягнута критична температура, що перевищує 273К.

пояснення явища високотемпературної надпровідності засноване на освіту куперовских пар, але не за рахунок електрон-фононної взаємодії, а можливо за рахунок електрон - екситонного взаємодії. Існують також і інші ідеї, що пояснюють механізм ВТНП, наприклад, з використанням поняття резонують валентних зв'язків (Андерсен), ідея про те, що перенесення енергії здійснюється за рахунок солитонов (Давидов, Єрмаков) і ін.

Коли надпровідник потрапляє в магнітне поле, це поле проникає в нього у вигляді тонких потоків, званих вихорами. Навколо кожного такого вихору виникають електричні струми. Ці вихори тиражують себе і розсіюються, коли температура матеріалу зростає. Оскільки вихори мають тенденцію прикріплятися до довгим тонким отворів в матеріалі, званим призматическими дефектами, дослідники припустили, що вихори поводитимуться інакше при наявності таких дефектів. І вони з'ясували: коли вихорів більше ніж отворів, вихори починають розсіюватися в два етапи замість одного, так як температура підвищується. Якщо вченим вдасться затримати процес розсіювання вихрових потоків, то буде можливо досягти ефекту надпровідності при більш високих температурах.

«== Попередня стаття | наступна стаття ==>

Читайте також:

література

Фізична електроніка та нанофізика, нанотехнології і наноматеріали, загальні зауваження

Компресори імпульсів

Глава 5. Ефекти взаємодії електромагнітного поля з речовиною

вуглецеві нанотрубки

просторові характеристики

Класифікації рецепторів Рецептори

Площа рецептивних полів сенсорних нейронів

Оптичні иммуносенсор

пропріоцептори

Повернутися в зміст: фізичні явища

Всі підручники

© om.net.ua