Физика твердого тела - Ашкрофт Н.
Скачать (прямая ссылка):
Ьа а (г.п.у.) 4,9 798
6 (г.ц.к.) 6,06 1096
Мо 0,92 98
N0 9,26 1980
Оэ 0,655 65
Ра 1,4 —
РЬ 7,19 803
Ые 1,698 198
Ии 0,49 66
Бп 3,72 305
Та 4,48 830
Тс 7,77 1410
Тп 1,368 162
Т1 0,39 100
Т1 2,39 171
и а 0,68 —
и у 1,80 —
V 5,30 1020
\У 0,012 1
2п 0,875 53
2т 0,65 47
) Для сверхпроводников второго рода значения критического поля, приведенные в таблице, получаются с помощью процедуры построения равных площадей: намагниченность в слабых полях (Я < Яс1) линейно экстраполируется до поля Нс, выбираемого таким образом, чтобы площади под экстраполированной и реальной кривой намагничивания совпадали друг с другом.
б) При Т = 0 К.
Данные взяты из работ Робертса [1], Глэдстоуна в книге [2, 27*], а также из справочника [10].
ярким из них является отсутствие сколько-нибудь заметного сопротивления постоянному току. Измеренные значения критических температур лежат в интервале от нескольких тысячных кельвина 1) до температуры, немного большей 20 К. Соответствующая тепловая энергия квТс изменяется примерно от Ю-7 до нескольких тысячных электрон-вольта. Эти значения энергии весьма малы по сравнению с теми, которые мы привыкли считать существенными для твердых тел 2). В табл. 34.2 перечислены температуры перехода тех химических элементов, в которых наблюдалась сверхпроводимость.
*) Наинизшие ^температуры, при которых до настоящего времени проводились поиски сверхпроводимости.
2) Так, %р~ 10 эВ, /гшв~ 0,1 эВ.
344
Глава 34
Ро
НЕЗАТУХАЮЩИЕ ТОКИ
На фиг. 34.1 показана зависимость удельного сопротивления сверхпроводящего металла от температуры в том случае, когда температура проходит через
критическое значение Тс. Выше Тс температурная зависимость сопротивления имеет вид, характерный для нормального металла: р (Г) = р0 + ВТ6, где наличие константы р0 обусловлено рассеянием на примесях *) и на дефектах, а член с Тъ обязан рассеянию на фоно-нах. Ниже Тс эти механизмы не способны уменьшить электрический ток, и сопротивление резко падает до нуля. Токи в сверхпроводнике могут течь без заметной диссипации энергии 2). Однако существуют некоторые ограничения.
1. Сверхпроводимость разрушается под действием достаточно сильного магнитного поля (см. ниже).
2. Сверхпроводящее состояние разрушается, если ток становится больше некоторого «критического тока» (эффект Силсби). Величина критического тока (которая может достигать 100 А в проволочке диаметром 1 мм) зависит от природы и геометрии образца и связана с критическим значением поля: сверхпроводимость разрушается, если магнитное поле, создаваемое током, превысит критическое значение на поверхности образца 3).
3. Если температура сверхпроводника значительно ниже критической, то в нем отсутствует диссипация и при воздействии переменного электромагнитного поля сравнительно низкой частоты.
Переход от бездиссипативного к нормальному отклику происходит при частоте со порядка Д/Й, где Д — ширина энергетической щели.
а
Фиг. 34.1. а — удельное сопротивление нормального металла с немагнитными примесями при низких температурах
(р(Л = Рв + ЯГ6).
б — сопротивление сверхпроводника с немагнитными примесями при низких температурах (в нулевом магнитном поле).
При температуре Те значение р скачком падает до нуля.
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
В приближении независимых электронов хорошие проводники тока являются также хорошими проводниками тепла, поскольку электроны прово-
*) Мы предполагаем, что магнитные примеси отсутствуют, см. стр. 302.
2) Когда Ампер впервые высказал предположение, что магнетизм можно понять, основываясь на представлении об электрических токах, текущих в отдельных молекулах, ему возражали, что не известны еще такие токи, которые текли бы без диссипации. Ампер настаивал на справедливости своих вглядов, которые впоследствии подтвердила квантовая теория, допускающая существование у молекул стационарных состояний с отличным от нуля суммарным током (гл. 31). Твердое тело в сверхпроводящем состоянии ведет себя как огромная молекула. Существование в сверхпроводнике бездиссипативных токов является ярким проявлением квантовомеханического эффекта на макроскопическом уровне.
3) См. задачу 3.
Сверхпроводимость
345
димости переносят как электрический заряд, так и энтропию '). В противоположность этому сверхпроводники плохо проводят тепло (фиг. 34.2) 2). В них, кроме того, не наблюдается эффект Пельтье, т. е. электрический ток в сверхпроводнике при постоянной температуре не приводит к возникновению теплового потока, как это имеет место в нормальном металле. Отсутствие эффекта Пельтье показывает, что в незатухающем токе электроны не переносят энтропии. Плохая теплопроводность указывает на то, что, даже если по сверхпроводнику не протекает электрический ток, только часть его электронов проводимости может переносить энтропию 3).
МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА. ИДЕАЛЬНЫЙ ДИАМАГНЕТИЗМ
Магнитное поле (если только оно не слишком велико) не может проникать внутрь сверхпроводника. Наиболее яркой иллюстрацией этого служит эффект Мейснера — Оксенфельда: если нормальный металл охладить в магнитном поле 4) ниже температуры сверхпроводящего перехода, то магнитный поток сразу же выталкивается из образца. Поэтому если переход происходит в магнитном поле, то он сопровождается появлением таких поверхностных токов, которые необходимы для полной компенсации магнитного поля внутри образца.
