Рефераты по Физике

Сверхпроводимость и низкие температуры

Страница 4

Хаотическое тепловое движение приводит к возбуждению электронной системы и ослабляет притяжение между электронами. В сверхпроводнике при температуре выше абсолютного нуля появляются квазичастицы, которые могут менять свою энергию на сколь угодно малую величину и поэтому ведут себя как обычные электроны. Они описываются распределением Ферми-Дирака:

где http://stryr.ru комплектующие наружной канализации купить по ценам.

Δ(Т)—энергетическая щель при данной температуре. Число квазичастиц данной энергии меньше соответствующего числа электронов в нормальном металле. При Т→0 число квазичастиц тоже стремится к нулю. При температуре, близкой к нулевой, n (число частиц) экспоненциально малая величина, а при Т≥Тк, когда Δ=0, функция переходит в выражение, описывающее обычные электроны в нормальном металле. При температуре меньшей критической число квазичастиц меньше, чем общее число электронов. Таким образом, реализуется «двужидкостная» модель. Тепловое движение при конечных температурах приводит к ослаблению сверхпроводящего упорядочивания, вследствие появления квазичастиц. Электроны в сверхпроводнике не разделены строго на две категории, поэтому наблюдается постоянный взаимопереход квазичастиц и куперовских пар.

Электронная теплопроводность в сверхпроводниках, содержащих небольшие количества примесей выражается формулой:

Данное отношение является универсальной функцией температуры. В сверхпроводниках с примесями основную роль играет тепловой поток в решетке кристалла, возрастающий с понижением температуры.

Теория сверхпроводимости позволяет описать температурную зависимость теплоемкости сверхпроводника. Поскольку число квазичастиц экспоненциально падает с понижением температуры, то и электронная теплоемкость тоже стремится к нулю при Т→0 по экспоненте. При Т=Тк теория предсказывает скачок теплоемкости:

Щель Δ(Т) с ростом температуры уменьшается. Для Тк:

где р--константа связи электронов. Отсюда следует: Тк~ώ, то есть ,то

таким образом, объясняется изотропический эффект.

Разность энергий нормальной и сверхпроводящей фаз на единицу объема составляет

(Нк—критическое поле)

При Н=Нк металл переходит в нормальное состояние.

Щель в энергетическом спектре

Энергетическая щель в сверхпроводниках непосредственно наблюдается на опыте. При этом не только подтверждается существование щели в спектре, но и измеряется ее величина. Исследовался переход электронов через тонкий непроводящий слой толщиной ~10Å, разделяющий нормальную и сверхпроводящую пленки. При наличии барьера имеется конечная вероятность прохождения электрона через барьер. В нормальном металле заполнены все уровни энергии, вплоть до максимального εf, в сверхпроводящем же до εf-Δ. Прохождение тока при этом невозможно. Наличие энергетической щели в сверхпроводнике приводит к отсутствию соответствующих состояний, между которыми происходил бы переход. Для того чтобы переход мог произойти, необходимо поместить систему во внешнее электрическое поле. В поле вся картина уровней смещается. Эффект становится возможным, если приложенное внешнее напряжение становится равным Δ/e. На графике видно, что туннельный ток появляется при конечном напряжении U, когда eU равно энергетической щели. Отсутствие туннельного тока при сколь угодно малом приложенном напряжении является доказательством существования энергетической щели.

Величины: Δ(0)/kT

Величина

Al

In

Sn

Pb

Теория

2Δ(0)/kTk

3,37

3,45

3,47

4,26

3,52

Другой метод, позволяющий сделать выводы, связан с эффектом прохождения инфракрасного электромагнитного излучения через тонкие сверхпроводящие пленки. При частотах, удовлетворяющих условию ħω=2Δ наблюдается пик в поглощении длинноволнового электромагнитного излучения, что позволяет определить величину щели. При меньших частотах наблюдается сверхпрозрачность образцов. Опыты такого рода были проведены, однако они являются менее надежными по сравнению с туннельными экспериментами. Некоторые результаты этих опытов представлены в таблице.

Перейти на страницу:  1  2  3  4  5  6