Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ — явление, заключающееся t том, что у мн. хим. элементов, соединений, сплавов (раз. сверхпроводниками) при охлаждении ниже определ. (характерной для данного материала) темп-ры Tk наблюдается переход из нормального в т. п. сверхпроводящее состояние, в к-ром нх электрич. сопротив-іение пост, току полностью отсутствует. При этом переходе структурные п оптич. (в области видимого света) свойства сверхпроводников остаются праитиче-CRB неизменными. Электрнч. н магн. свойства вещества в сверхпроводящем состоянии (фазе) резко отличаются ft этих же свойств в нормальном состоянии (где они, К*к правило, являются металлами) или от свойств * др. материалов, к-рые при тех же темп-рах в сверхпроводящее состояние ие переходят.
* Явление С. открыто Г. Камерлинг-Оннесом (Н. Ka-Berlicgh-Onnes, 1911) при исследовании низкотемпературного хода сопротивления ртути. Он обнаружил,
что при охлаждении ртутной проволоки ниже 4 К её сопротивление скачком обращается в нуль. Нормальное состояние может быть восстановлено при пропускании через образец достаточно сильного тока [превышающего критический ток Ic(T)] или помещением его в достаточно сильное виеш. магн. поле [превышающее критическое магнитное поле іїс(7’)].
В 1933 Ф. В. Мейснером (F. W. Meissner) и Р. Оксеи-фельдом (R. Ochsenfeld) обнаружено др. важнейшее свойство, характерное для сверхпроводников (см. Мейснера эффект): виеш. маги, поле, меньшее иек-рого критич. значения (зависящего от типа вещества), ие проникает в глубь сверхпроводника, имеющего форму бесконечного сплошного цшіиндра, ось к-рого направлена вдоль полк, и отлйчио от нуля лишь в тонком поверхностном слое. Это открытие позволило Ф.иГ. Лондопам (F. London, Н. London, 1935) сформулировать феноме-нологич. теорию, описывающую магнитостатику сверхпроводников (см. Лондонов уравнение), однако природа С. оставалась неясной.
Открытие в 1938 сверхтекучестп и объяснение этого явления JI. Д. Ландау йа основе сформулированного им критерия (см. Ландау теория сверхтекучести) длн систем бозе-частиЦ давали основание предполагать, что С. можио трактовать как сверхтекучесть электронной жидкости, однако фермиевсиая природа электронов и кулоиовское отталкивание между ними не позволили просто перенести теорию сверхтекучести на С. В 1950
В. Л. Гиизбург и Ландау на основе теории фазовых переходов 2-го рода (см. Ландау теория) сформулировали феноменологич. ур-ния, описывающие термодинамику и эл.-магн. свойства сверхпроводников вблизи критпч. темп-ры Tc. Построение микроскопнч. теории (см. ниже) обосновало Гинзбурга — Ландау теорию и уточнило входящие в феноменологпч. ур-иия постоянные. Открытие зависимости критич. темп-ры Tc перехода в сверхпроводящее состояние металла от его изотопного состава (изотопический эффект, 1950) свидетельствовало о влиянии кристаллич. решётки на С. Это позволило X. Фрёлиху (Н. Frohlich) и Дж. Бардину (J. Bardeen) продемонстрировать возможность возникновения между электронами в присутствии иристаллнч. решётки специфического притяжения, к-рое может превалировать над их кулоновским отталкиванием, а впоследствии Л. Куперу (L. Cooper,
1956) — возможность образования электронами связанных состояний — куперовских пар (Купера эффект).
В 1957 Дж. Бардином, Л. Купером и Дж. Шриффером (I. Schrieffer) была сформулирована микроскопич. теория С., к-рая объяснила это явление на основе бозе-конденсации куперовских пар электронов, а также позволила в рамках простой модели (см. Бардина — Купера — Шриффера модель, модель Б КIII) описать ми. свойства сверхпроводников.
Практич. использование сверхпроводников ограничивалось низкими значениями критпч. полей (~1 кЭ) и темп-p (~20 К). В 1952 А. А. Абрикосов и Н. Н. За-варицкий на основании анализа эксперим. даивых
о критич. магн. полях тонких сверхпроводящих плёиок указали на возможность существования нового класса сверхпроводников (с их необычными магн. свойствами ещё в 1937 столкнулся Л. В. Шубников, одним из важнейших отлнчий от обычных сверхпроводников является возможность протекания сверхпроводящего тока при неполном вытеснении магн. поля нз объёма сверх-проводнниа в широком диапазоне магн. полей). Это открытие определило в дальнейшем разделение сверхпроводников на сверхпроводники первого рода и сверхпроводники второго рода. Использование сверхпроводников 2-го рода впоследствии позволило создать сверхпроводящие системы с высокими критич. полями (порядна сотен иЭ).
Поиск сверхпроводников с высокими критич. темп-рами стимулировал исследование новых типов материа-лов. Былн исследованы мн. классы сверхпроводящих 435
28*
СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ
СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ
436
систем, синтезированы органические сверхпроводники и магнитные сверхпроводники, однако до 1986 макс. критич. темп-ра наблюдалась у сплава Nb3Ge (Tc я 23 К). В 1986 Й. Г. Бедиорцем (J. G. Bednorz) и К. А. Мюллером (К. A. Miiller) был открыт новый класс металлоксидиых высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) (см. Оксидные высокотемпературные сверхпроводники), критич. темп-ра к-рых в течение двух последующих лет была «поднята» от 30—35 К до 120—125 К. Эти сверхпроводники интенсивно изучаются, ведутся поиски новых, улучшаются технол. свойства существующих, иа основе к-рых уже создаются нек-рые приборы.
