Физика твердого тела - Ашкрофт Н.
Скачать (прямая ссылка):
2) См. статью [1].
3) Рекордное время составляет, по-видимому, два с половиной года. (Согласно приведенной в книге Линтона [3] ссылке на работу Коллинза.)
Сверхпроводимость
341
Л
а/Л
и
Сг
Ве
Мд
Са
Ва
Т1
гг.
Нт
Таблица 34.1
Сверхпроводящие элементы а)
Та
Мо
Тс
05
1511
Тг
Рс1
рг
Си
Ад
Аи
СЛ
А1
1п
Т1
Б1
РЬ
5Ь
) Элементы, проявляющие сверхпроводящие свойства только при особых условиях, отмечены отдельно. Обратите внимание на несовместимость сверхпроводящего и магнитного порядка. Данные Гледстоуна и др. из книги [2]:
А1
а
Сверхпроводник
Сверхпроводник при высоких давлениях или в виде тонкой пленки Металл, у которого сверхпроводимость пока не обнаружена
Неметалл
Элемент с магнитным упорядочением
3. Сверхпроводник обычно ведет себя так, как будто в спектре разрешенных одноэлектронных уровней вблизи энергии Ферми имеется щель шириной 2Д Поэтому электрон с энергией Ш может быть помещен в сверхпроводник
х) При некоторых специальных условиях сверхпроводимость может иметь место и в отсутствие энергетической щели. Бесщелевая сверхпроводимость может быть, например, осуществлена путем введения необходимого числа магнитных примесей. См. обзор Маки в книге [2]. Когда речь идет о сверхпроводимости, термин «энергетическая щель» относится к величине Д.
342
Глава 34
(или извлечен из него), только если величина Ъ —Шр (или Ъ'р — Ъ) превышает Л1). Энергетическая щель увеличивается с понижением температуры, стремясь к максимальному значению Д (0) при очень низких температурах.
Теория сверхпроводимости весьма обширна и в высшей степени специфична. Как и другие теории, которые мы рассматривали в этой книге, она основана на нерелятивистской квантовой механике электронов и ионов, но при более глубоком подходе ее сходство с остальными изученными нами моделями и теориями быстро уменьшается. Микроскопическую теорию сверхпроводимости нельзя изложить, пользуясь представлениями приближения независимых электронов. В теории сверхпроводимости даже сравнительно элементарные расчеты на микроскопическом уровне требуют весьма специфического математического аппарата (методов квантовой теории поля). Хотя в принципе эти методы не сложнее обычных методов квантовой механики, тем не менее, для того чтобы применять их уверенно и с пониманием, необходима значительная практика.
В силу указанных причин мы в гораздо большей степени, чем в других главах, будем ограничиваться в нашем обзоре теории сверхпроводимости качественным описанием некоторых основных концепций и перечислением ряда простейших результатов. Читатель, который хотел бы приобрести хотя бы элементарные навыки работы в этой области, должен воспользоваться одной из многих имеющихся в настоящее время книг 2).
Настоящая глава имеет следующую структуру.
1. Обзор основных эмпирических сведений о сверхпроводимости.
2. Рассмотрение феноменологического уравнения Лондонов и его связи с идеальным диамагнетизмом.
3. Качественное изложение микроскопической теории Бардина, Купера и Шриффера.
4. Краткое изложение некоторых фундаментальных результатов микроскопической теории, относящихся к состоянию термодинамического равновесия, и сравнение их с экспериментом.
5. Качественное обсуждение взаимосвязи между микроскопической теорией, понятием «параметра порядка» и явлениями переноса в сверхпроводниках.
6. Описание предсказанных Джозефсоном интересных явлений туннелиро-вания между сверхпроводниками.
КРИТИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРА
В массивных образцах наблюдается резкий переход в сверхпроводящее состояние. Выше критической температуры 3) Тс металл имеет совершенно нормальные свойства; ниже Тс проявляются сверхпроводящие свойства, наиболее
*) Наиболее явно это обнаруживается в экспериментах по электронному туннелирова-нию. Они будут описаны ниже, наряду с рассмотрением других проявлений существования энергетической щели.
2) Имеются две фундаментальные монографии Лондона [4] и Шенберга [5], касающиеся феноменологической теории. Краткий обзор основных вопросов дан в книге Линтона [3]. Микроскопическая теория изложена в книге Шриффера [6] и в последней главе книги Абрикосова, Горькова и Дзялошинского [7]. Детальный обзор теоретических аспектов сверхпроводимости имеется в книге Рикайзена [8]; несколько менее подробно эти вопросы рассмотрены в книге Де Жена [9]. Обзор всех аспектов сверхпроводимости, как экспериментальных, так и теоретических, написанный многими ведущими специалистами в этой области, содержится в книге [2].
3) Критической называется та температура, при которой происходит переход в отсутствие приложенного магнитного поля. С ростом магнитного поля (см. ниже) температура перехода понижается; при этом имеет место переход уже не второго, а первого рода, т. е. существует скрытая теплота перехода.
Сверхпроводимость
343
Таблица 34.2
Значения Тс и Нс для химических элементов, в которых наблюдалась сверхпроводимость а)
Элемент тс, к нс, Гс б)
А1 1,196 99
Сс1 0,56 30
ва 1,091 51
Ш 0,09 —
Н§ а (ромбоэдр.) 4,15 411
Р 3,95 339
1п 3,40 293
1г 0,14 19
