Сверхпроводимость — справочник студента

phys_exp

Чудо сверхпроводимости (авт. Валерий Старощук)

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Немного теории

Уже первые опыты с электричеством показали, что серебро, медь и алюминий хорошо проводят электрический ток, а фарфор, стекло, резина и шелк его практически не проводят.

Соответственно, из первых материалов люди стали делать проводники,  а из вторых – изоляцию для проводов и защиту от поражения электрическим током. На фото вы видите современный сетевой двужильный провод. Каждая жила состоит из семи медных проволочек заключенных в пластиковую изоляцию.

Учитывая, что провод работает при опасном напряжении 220В, две изолированные жилы покрыты еще одним общим слоем пластиковой изоляции.

Читайте также:  Потенциальность электростатического поля - справочник студента

Сверхпроводимость - Справочник студента

Когда по проводнику проходит электрический ток, он разогревается. Это свойство  используют в нагревательных приборах, таких как утюг, чайник, в электробатареях, а также в лампах накаливания. На фото вы видите вольфрамовую нить, которая так разогрелась под действием тока, что начала излучать свет.

Сверхпроводимость - Справочник студента

Сейчас все чаще применяют энергосберегающие люминесцентные лампы, но и в них есть маленькая нить накала для излучения электронов.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!
Читайте также:  Уравнения максвелла в интегральной и дифференциальной форме - справочник студента

 Если по проводнику идет ток, он не только нагревается, но и создает вокруг себя магнитное поле. Это свойство первым заметил и описал в 1820 году датский ученый Ганс Христиан Эрстед. На фото вы видите, как под действием магнитного поля железные опилки выстраиваются вокруг медного проводника с током.

Сверхпроводимость - Справочник студента

Магнитное поле тока используют в работе электродвигателя, генератора и электромагнита.

Итак, если по проводнику идет ток, то энергия источника тока превращается в тепловую и энергию электромагнитного поля. Иногда это нужно и полезно, а иногда просто вредно.

Например, зачем нам нагревание и магнитное поле провода, которым мы подключили утюг к розетке? Греются также провода, по которым электрический ток от электростанции идет к нашим домам.

Чтобы уменьшить эти потери энергии, сопротивление проводника стараются сделать как можно меньше.

Так как электрическое сопротивление образца сильно зависит от материала, из которого он сделан, температуры и геометрических размеров, решили измерять удельное сопротивление, то есть сопротивление образца из данного материала длиной 1м, площадью поперечного сечения 1мм2 при 200С. Например, удельное сопротивление меди равно r = 0,0125 Ом·мм2/м.

Это значит, что если вы возьмете проводник из меди (Cu) длинной 1 м и площадью сечения 1мм2, то его сопротивление электрическому току будет 0,0125 Ом. Сопротивление дает возможность узнать, какой ток пройдет по проводнику для данного напряжения. Например, если напряжение на концах нашего образца будет равно 0,1В, то через него пойдет ток I = U/R= 0,1/0,0125 = 8A.

Для наглядности представим электроны в виде бегущих синих человечков.

Сверхпроводимость - Справочник студента

Тогда при токе 8А за одну секунду их забежит в проводник 5·1019 (50 миллиард миллиардов!). Это почти в 70 миллиардов раз больше, чем людей на планете Земля. Обратите внимание, что выбежит из проводника их за секунду столько же. Договорились, что направление тока определяют по движению положительно заряженных частиц.

Но в металлах ток проводят отрицательные электроны, поэтому направление тока показано противоположно скорости электронов. В проводнике находятся положительные ионы меди, с которыми наши электроны-человечки играются, хватая руками. Ведь между отрицательными электронами и положительными ионами существуют силы притяжения.

Забрать ион с собой человечку-электрону не удастся, так как ионы намного тяжелее электронов и крепко связаны силами между собой в кристаллической решетке. А вот раскачать ионы нашим «человечкам» будет под силу. При этом электроны теряют свою скорость, а значит и энергию движения, а проводник соответственно нагревается.

История открытия

Сверхпроводимость - Справочник студента

Голландский ученый Хейке Камерлинг Оннес (Heike Kammerlingh Onnes) (на фото справа) решил первым в мире достичь в своих экспериментах абсолютный ноль по шкале Кельвина (примерно минус 273 градуса по Цельсию). Как вы знаете, в природе не существует температуры ниже.

Сорокалетний ученый, используя свои связи с голландскими промышленниками в 1893 году начинает строительство в Лейденском университете одной из лучших лабораторий в мире, которую оснастил самым современным оборудованием. Первый успех пришел 10 июля 1908 года, когда удалось получить жидкий гелий при 5К (это минус 268 градусов Цельсия!).

Через 2 года напряженного труда они получают температуру 1К! И тут ученый понимает, что это предел, который можно достичь на данном оборудовании, поэтому принимается решение изменить направление научной работы. Теперь все силы были направлены на изучение физических свойств разных материалов при низких температурах.

Естественно, один из пунктов программы включал измерение удельного электрического сопротивления материала. Многие ученые того времени высказывали предположение, что при очень низких температурах металлы должны стать диэлектриками.

Якобы свободные электроны настолько замедлят свое движение, что «приклеятся» к ионам  и не смогут переносить электричество. Но физика – наука, прежде всего экспериментальная! Опыты Хейке Камерлинг Оннеса показали, что у платины с понижением температуры сопротивление не растет, а падает, и после 4К остается постоянным.

Ученый сделал предположение, что сопротивление должно стремиться к нулю, потому что ионы прекращают колебательное движение и «не мешают» двигаться свободным электронам. Понимая, что в платине есть малые примеси, он решил проверить ртуть, самый очищенный металл, который у него был.

8 апреля 1911 года группа Хейке Камерлинг Оннес, с ассистентами Корнелисом Дорсманом (Cornelis Dorsman) и Гиллесом Хольстом (Gilles Holst) проверяли работу нового криостастата (устройство для поддержания низких температур в данном объеме).

Сначала думали только заправить жидким гелием, но потом установили газовый термометр и два образца из золота и ртути, чтобы измерить их удельное сопротивление. Измерив сопротивление металлов при 4,3К, решили уменьшить давление в криостате над гелием. Гелий начал быстро испаряться, и температура упала до 3К.

Эксперимент длился уже 9 часов! При повторном измерении сопротивление ртути оказалось равным нулю! Так была открыта сверхпроводимость!

 На фото вы видите историческую запись ученого, сделанную в тот день. В рамку взята голландская фраза Kwik nagenoeg nul — «Сопротивление ртути практически нулевое» (3 К). Следующее предложение Herhaald met goud означает «Повторено с золотом».

Сверхпроводимость - Справочник студента

Критическая температура перехода ртути в сверхпроводящее состояние в тот день не была определена, да такой задачи и не ставилось. Ее выяснили в следующем эксперименте, проведенном 11 мая. Камерлинг-Оннес тогда пришел к выводу, что ртуть делается сверхпроводником при охлаждении до 4,2 К.

Сверхпроводимость - Справочник студента

В 1919 году из Лейдена пришла весть, что сверхпроводниками становятся также таллий и уран.

Объяснение сверхпроводимости

Объяснить явление сверхпроводимости с точки зрения классической электродинамики невозможно.

Только с развитием квантовой физики в 1957 году (спустя 46 лет после открытия!) три американских физика — Бардин, Купер и Шриффер, объяснили сверхпроводимость спариванием электронов, то есть образованием куперовских пар, которое осуществляется за счет обмена колебаниями кристаллической ячейки – фононами.

Чтобы понять, как образуются куперовские пары, рассмотрим очень упрощенную модель прохождения тока в сверхпроводнике.

Красными кружками обозначены положительные ионы кристаллической решетки.

Сверхпроводимость - Справочник студента

Когда электрон А под действием электрического поля движется в пространстве решетки, он немного искривляет её. В результате концентрация положительных ионов за ним возрастает. Скопление положительных ионов притягивает отрицательный электрон В с силой F.

В результате энергия, которую потратил электрон А на прохождение ионной кристаллической решетки, передается через колебания решетки электрону В. Получается, что электроны А и В связаны между собой через ионную решетку, образуют пару и вместе не тратят энергии при движении.

Сопротивление току в этом случае равно нулю.

Применение сверхпроводников

Современная наука уже получила материалы, которые обладают сверхпроводимостью при 165К (минус 1070С). Если будут получены материалы обладающие сверхпроводимостью при комнатной температуре, это будет огромный скачок в развитии человечества. Ведь одну треть электроэнергии мы тратим во время её передачи от источника потребителю. Пока же сверхпроводники приходится охлаждать жидким азотом.

С другой стороны, без них уже трудно представить работу Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе, и строительство термоядерного реактора ITER в Кадараше.

Сверхпроводимость характеризуется также эффектом Мейснера, заключающемся в полном вытеснении магнитного поля из объема сверхпроводника. В результате образец, как видно на фото, зависает над магнитом.

Сверхпроводимость - Справочник студента

На основе этого явления уже созданы поезда на магнитной подушке, которые могут разгоняться до скорости 500 км/ч.

Мощные магниты на сверхпроводниках используют в медицине при создании томографов, использующем принцип ядерно-магнитного резонанса (ЯМР). Сканирование тканей человека позволяет врачам увидеть на экране компьютера срез внутренностей, не оперируя больного. Такой метод позволяет быстро поставить правильный диагноз, а значит быстрее вылечить пациента.

Современная квантовая теория сверхпроводимости принципиально не ограничивает значение температуры, при которой наблюдается этот эффект. Значит дело за созданием новых материалов и соединений, которые, возможно,  в скором будущем откроете вы.

Источник: https://phys-exp.livejournal.com/4776.html

ИСТИНА

Андрианов Андрей Владимирович avlandrianov

37 статей, 4 книги, 3 доклада на конференциях, 2 НИР, 1 научный отчёт, 2 диссертации, 2 дипломные работы, 4 учебных курса

Базыленко Татьяна Юрьевна TatyanaBazylenko

7 статей, 3 доклада на конференциях, 1 тезисы доклада, 8 НИР, 4 патента, 2 научного отчёта, 5 наград, 1 стажировка, 1 диссертация, 1 выступление в СМИ

Богданов Евгений Владимирович bev

95 статей, 7 книг, 12 докладов на конференциях, 107 тезисов докладов, 12 НИР, 1 патент, 2 научного отчёта, 4 диссертации, 21 дипломная работа, 10 учебных курсов

Васильев Александр Николаевич anvas2000

519 статей, 7 книг, 134 доклада на конференциях, 93 тезисов докладов, 26 НИР, 3 патента, 4 научного отчёта, 1 награда, 3 членства в редколлегиях журналов, 2 членства в программных комитетах, 3 членства в диссертационных советах, 14 диссертаций, 4 дипломные работы, 12 учебных курсов, 1 выступление в СМИ

Васильчикова Татьяна Михайловна TatyanaVasilchikova

12 статей, 3 доклада на конференциях, 2 тезисов докладов, 14 НИР, 1 дипломная работа, 1 курсовая работа

Волков Денис Витальевич denini

13 статей, 9 докладов на конференциях, 10 НИР, 1 диссертация

Волкова Ольга Сергеевна os.volkova

152 статьи, 4 книги, 83 доклада на конференциях, 49 тезисов докладов, 33 НИР, 2 патента, 1 награда, 1 членство в редколлегии журнала, 1 членство в программном комитете, 2 членства в диссертационных советах, 3 диссертации, 14 дипломных работ, 11 учебных курсов

Гиппиус Андрей Андреевич Gippius

140 статей, 4 книги, 31 доклад на конференциях, 22 тезисов докладов, 11 НИР, 1 награда, 4 членства в диссертационных советах, 5 диссертаций, 12 дипломных работ, 1 курсовая работа, 13 учебных курсов

Гончар Кирилл Александрович gonchiy_pes

34 статьи, 43 доклада на конференциях, 3 тезисов докладов, 10 НИР, 1 патент, 1 диссертация, 2 дипломные работы, 1 курсовая работа, 4 учебных курса

Данилова Нина Петровна Danilova

Соавторы: Goiran M., Kozeeva L.P., Казей З.А., Каменева М.Ю., Снегирев В.В.

3 статьи

Дмитриев Алексей Владимирович a.v.dmitriev

103 статьи, 12 книг, 5 докладов на конференциях, 33 тезисов докладов, 5 НИР, 1 членство в редколлегии журнала, 1 членство в диссертационном совете, 5 диссертаций, 11 дипломных работ, 13 учебных курсов

Читайте также:  Теория самовоспитания - справочник студента

Журенко Сергей Викторович Zhurenko

14 статей, 24 доклада на конференциях, 23 тезисов докладов, 1 НИР, 1 награда, 1 стажировка

Захаров Константин Владимирович ZakharovKV

24 статьи, 28 докладов на конференциях, 16 тезисов докладов, 20 НИР, 1 диссертация, 3 дипломные работы, 1 учебный курс

Зверева Елена Алексеевна Elena_Zvereva

113 статей, 5 книг, 74 доклада на конференциях, 64 тезисов докладов, 23 НИР, 1 членство в диссертационном совете, 2 диссертации, 19 дипломных работ, 7 учебных курсов, 1 выступление в СМИ

Ковалев Борис Борисович KovalevBorisB

38 статей, 6 докладов на конференциях, 17 тезисов докладов, 10 НИР, 1 диссертация, 2 дипломные работы, 1 курсовая работа, 4 учебных курса

Козлякова Екатерина Сергеевна MitrofanovaES

18 статей, 5 книг, 27 докладов на конференциях, 12 тезисов докладов, 16 НИР, 1 патент, 1 награда, 1 членство в научном обществе, 2 стажировки, 1 диссертация, 1 курсовая работа

Кузьмичев Светослав Александрович Svetoslav

64 статьи, 10 докладов на конференциях, 11 тезисов докладов, 11 НИР, 5 наград, 1 диссертация, 13 дипломных работ, 3 курсовые работы, 3 учебных курса

Кульбачинский Владимир Анатольевич Kulbachinskii

550 статей, 25 книг, 93 доклада на конференциях, 302 тезисов докладов, 8 НИР, 3 патента, 4 награды, 1 членство в научном обществе, 4 членства в редколлегиях журналов, 1 членство в редколлегии сборника, 30 членств в программных комитетах, 4 членства в диссертационных советах, 19 диссертаций, 61 дипломная работа, 13 учебных курсов

Кытин Владимир Геннадьевич kytin

211 статей, 6 книг, 41 доклад на конференциях, 113 тезисов докладов, 7 НИР, 1 патент, 1 научный отчёт, 3 диссертации, 13 дипломных работ, 9 учебных курсов

Лунин Роман Анатольевич lunin

145 статей, 3 книги, 18 докладов на конференциях, 72 тезисов докладов, 5 НИР, 2 диссертации, 6 дипломных работ, 2 учебных курса

Максимова (Реукова) Ольга Владимировна Olga_Maximova

22 статьи, 18 докладов на конференциях, 21 тезисы докладов, 2 НИР, 1 диссертация, 4 учебных курса

Маркина Мария Михайловна markina@lt.phys.msu.ru

36 статей, 3 книги, 31 доклад на конференциях, 16 тезисов докладов, 16 НИР, 1 членство в программном комитете, 2 диссертации, 12 дипломных работ, 8 учебных курсов

Минина Наталья Яковлевна min

129 статей, 7 докладов на конференциях, 139 тезисов докладов, 6 НИР, 4 патента, 1 членство в диссертационном совете, 13 диссертаций, 33 дипломные работы

Михеев Михаил Георгиевич MkheevMG

51 статья, 9 докладов на конференциях, 12 тезисов докладов, 5 НИР, 1 диссертация, 6 дипломных работ

Источник: https://istina.msu.ru/organizations/department/276589/workers/

Электромеханика и сверхпроводимость: шаг в будущее

В прошлую субботу, 30 сентября, прошла университетская суббота факультета № 3 «Системы управления, информатика и электроэнергетика» «Электромеханика и сверхпроводимость: шаг в будущее» — именно таким многообещающим было название мероприятия.

В начале встречи выступил декан факультета Юрий Следков, рассказав основную информацию об университете и стратегии его развития, особенностях приёма на программы бакалавриата и специалитета и несколько фактов о факультете.

Затем заведующий кафедрой «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» Константин Ковалёв представил свою команду — молодых научных работников и преподавателей, занимающихся наукой на международном уровне.

Некоторые из них буквально несколько дней назад вернулись с Европейской конференции по прикладной сверхпроводимости в Женеве.

После небольшого вступления началась основная часть мероприятия, где Алексей Сафонов, сотрудник электростанции, спасатель МЧС и молодой преподаватель МАИ приоткрыл школьникам дверь в мир электромеханики и сверхпроводимости.

В начале последовала короткая историческая справка об электротехнике, Майкле Фарадее и Эмилии Ленце, которые более 200 лет назад начали заниматься этим разделом науки и стали её основоположниками.

Далее наступил самый интересный момент мастер-класса — опыты. С помощью уникального оборудования, мастерства ведущего и помощи активной аудитории в воздухе парили светящиеся лампы, трансформатор Теслы запускал искрящиеся молнии, а высокотемпературный сверхпроводниковый подвес левитировал над макетом городка под действием жидкого азота.

  • Так, на наглядных примерах участники смогли проследить все этапы развития электротехники и сверхпроводимости.
  • В конце основной части ребятам рассказали о концепции более электрического самолёта, одном из приоритетных направлений развития авиации.
  • После завершения основной части гости смогли ещё раз собственными руками под руководством Алексея Сафонова повторить опыты, прикоснуться к жидкому азоту и почувствовать себя настоящими волшебниками.
  • Далее все участники переместились в учебные и научные лаборатории факультета, где им рассказали о других направлениях научных исследований и подготовки специалистов.
  • Данное мероприятие позволило ещё раз показать школьникам и их родителям, что МАИ — это широкопрофильный высокотехнологичный университет, ведущий подготовку специалистов для различных отраслей промышленности, индустрии и бизнеса.

Источник: https://mai.ru/press/news/detail.php?ID=84527

Центр высокотемпературной сверхпроводимости и квантовых материалов им. В.Л. Гинзбурга

Центр «Высокотемпературной сверхпроводимости и квантовых материалов» им. В.Л. Гинзбурга организован как научное подразделение ФИАН в 2017 году по приказу директора №230 от 29.06.2017г.

, на базе «Отдела высокотемпературной сверхпроводимости и наноструктур» ФИАН; руководителем как предыдущего, так и нового структурного подразделения является доктор ф.-м.н., чл.-корр.

РАН Владимир Моисеевич Пудалов.

Место нахождения, краткая история

Центр располагается на территории ФИАН в здании (корпус №10), которое специально спроектировано, реконструировано и оснащено оборудованием и инфраструктурой для проведения научных исследований. Начиная с 2007г.

сотрудники Центра активно участвовали в проектировании, надзору за строительными работами, монтажом оборудования, его пуско-наладке и пробной эксплуатации.

Начальные этапы создания Центра более подробно описаны в статье: История науки и техники, №4, 81, 2009 http://int.tgizd.ru/ru/arhiv/2927

Функции Центра

Главной научной функцией Центра является экспериментальное исследование фундаментальных проблем высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) и материалов с нетривиальной топологией электронной структуры

Центр одновременно выполняет функции Центра коллективного пользования (ЦКП), проводя работы на экспериментальном оборудовании по заявкам внешних пользователей.

Образовательные функции —  подготовка студентов-бакалавров, магистров и аспирантов, в т.ч. в рамках образовательной Программы МФТИ “Физика сверхпроводимости и квантовых материалов”

Направления Исследований

  • Физика сверхпроводимости и высокотемпературной сверхпроводимости
  • Создание и исследование новых квантовых материалов
  • Наноструктуры и низкоразмерные системы
  • Физика сильных межэлектронных корреляций
  • Органические молекулярные структуры и низкоразмерные соединения
  • Разработка новых методов научных исследований и новых технологий

Методы экспериментальных научных исследований 

  • Измерения электронного транспорта и магнитотранспорта в сильных магнитных полях в широком диапазоне температур и давлений
  • Измерения локальных свойств методом сканирующей зондовой микроскопии и спектроскопии
  • Измерения термодинамических свойств материалов (теплоемкость, намагниченность, восприимчивость, химический потенциал)
  • Измерения оптических свойств материалов в диапазоне длин волн от 190нм до 2мм
  • Измерения зонной структуры материалов методом фотоэлектронной спектроскопии c разрешением по углу (ARPES) и по спину (SRARPES)
  • Измерения транспорта и магнитотранспорта  в условиях гидростатического давления
  • Измерения структуры, фазового и элементного состава материалов

Научные результаты

  • Основные достижения
  • Публикации

Структура Центра

  • Ученый Совет
  • Научные Лаборатории и группы
  • Криогенный участок
  • Инженерные службы
  • Центр коллективного пользования 

Коллектив Центра

Руководящие сотрудники Центра

Контакты

Источник: https://sites.lebedev.ru/ovsisns

СВЕРХПРОВОДИ́МОСТЬ

Авторы: В. В. Рязанов

СВЕРХПРОВОДИ́МОСТЬ, свой­ст­во не­ко­то­рых ма­те­риа­лов, про­яв­ляю­щее­ся в том, что их элек­трич. со­про­тив­ле­ние па­да­ет до ну­ля ни­же кри­тич. темп-ры Тс. От­кры­та Х. Ка­мер­линг-Он­не­сом в 1911. Ма­те­риа­лы, об­ла­даю­щие С., на­зы­ва­ют сверх­про­вод­ни­ка­ми (СП). С.

об­на­ру­же­на у боль­шин­ст­ва ме­тал­лов, но у мно­гих из них на­блю­да­ет­ся толь­ко при темп-рах ни­же 1 К и/или при вы­со­ких дав­ле­ни­ях. Пе­ре­хо­ды в сверх­про­во­дя­щее со­стоя­ние воз­мож­ны из ме­тал­лич., по­лу­про­вод­ни­ко­во­го и да­же ди­элек­трич. со­стоя­ний. СП яв­ля­ют­ся мн. со­еди­не­ния, напр. спла­вы, ок­си­ды, ин­тер­ме­тал­ли­ды.

Ре­корд­но вы­со­кая Тс=133 К за­фик­си­ро­ва­на у ок­си­да HgBa2Ca2Cu3O8 в 1993.

Экс­пе­ри­мен­таль­но ус­та­нов­ле­но, что удель­ное со­про­тив­ле­ние ρ ме­тал­ла в сверх­про­во­дя­щем со­стоя­нии мень­ше, чем 10–20 Ом·см (ρ срав­ни­тель­но чис­тых Cu или Ag со­став­ля­ет 10–10–10–9 Ом·см при 4,2 К). Од­на­ко СП не яв­ля­ет­ся иде­аль­ным про­вод­ни­ком.

В 1933 бы­ло ус­та­нов­ле­но, что сла­бое маг­нит­ное по­ле не про­ни­ка­ет в глубь СП, хо­тя иде­аль­ный про­вод­ник дол­жен за­хва­ты­вать про­ни­зы­ваю­щий его маг­нит­ный по­ток, ес­ли по­ле при­ло­же­но при темп-ре вы­ше Тс.

Вы­тал­ки­ва­ние маг­нит­но­го по­ля из СП (Мейс­не­ра эф­фект) оз­на­ча­ет, что во внеш­нем маг­нит­ном по­ле та­кой об­ра­зец ве­дёт се­бя как иде­аль­ный диа­маг­не­тик.

В ос­но­ве С. ле­жит кван­то­во­ме­ха­нич. яв­ле­ние, свя­зан­ное с об­ра­зо­ва­ни­ем пар элек­тро­нов (ку­пе­ров­ских пар) (см. Ку­пе­ра эф­фект) за счёт их при­тяже­ния по­сред­ст­вом ко­ле­ба­ний кри­стал­лич. ре­шёт­ки (элек­трон-фо­нон­но­го взаи­мо­дей­ст­вия) или, воз­мож­но, и др. элек­трич.

и маг­нит­ных ко­ле­ба­ний в ма­те­риа­ле. Пер­вой ус­пеш­но под­твер­ждён­ной мик­ро­ско­пич. мо­де­лью С. яв­ля­ет­ся Бар­ди­на – Ку­пе­ра – Шриф­фе­ра мо­дель (БКШ), ко­то­рая объ­яс­ня­ет воз­ник­но­вение еди­но­го (ко­ге­рент­но­го) вол­но­во­го по­ве­де­ния элек­тро­нов в СП. Она вво­дит по­ня­тие осн.

со­стоя­ния СП, от­де­лён­но­го энер­ге­тич. ще­лью от обыч­ных (не­ко­ге­рент­ных) од­но­элек­трон­ных со­стоя­ний. Су­ще­ст­во­ва­ние энер­ге­тич. ще­ли оп­ре­де­ля­ет воз­мож­ность дви­же­ния ко­ге­рент­ных элек­тро­нов (элек­трон­но­го кон­ден­са­та) без со­про­тив­ле­ния.

Тео­рия БКШ (и её даль­ней­шее раз­ви­тие) – ос­но­ва для объ­яс­не­ния ря­да яв­ле­ний, экс­пе­ри­мен­таль­но на­блю­дае­мых в СП: вы­тес­не­ние маг­нит­но­го по­ля из объ­ё­ма СП, кван­то­ва­ние маг­нит­но­го по­то­ка в сверх­про­во­дя­щих коль­цах, тун­не­ли­ро­ва­ние ку­пе­ров­ских пар че­рез ди­элек­трич.

барь­е­ры ме­ж­ду дву­мя СП (Джо­зеф­со­на эф­фект).

Кро­ме тео­рии БКШ, в объ­яс­не­нии С. важ­ную роль сыг­ра­ли фе­но­ме­но­ло­гич. Гинз­бур­га – Лан­дау тео­рия и тео­рия Аб­ри­ко­со­ва для СП 2-го ро­да (А. А. Аб­ри­ко­сов, 1957). В тео­рии Гинз­бур­га – Лан­дау С. опи­сы­ва­ет­ся с по­мо­щью еди­ной вол­но­вой элек­трон­ной функ­ции.

Имен­но од­но­знач­ность вол­но­вой функ­ции на за­мк­ну­тых элек­трон­ных тра­ек­то­ри­ях в сверх­про­во­дя­щих коль­цах оп­ре­де­ля­ет воз­мож­ность раз­ме­ще­ния в них толь­ко це­ло­го чис­ла (n) пе­рио­дов элек­трон­ной вол­ны и це­ло­го чис­ла nΦ0 кван­тов маг­нит­но­го по­то­ка Φ0= 2,067·10–15 Вб.

Кван­то­ва­ние маг­нит­но­го по­то­ка иг­ра­ет гл. роль и в тео­рии Аб­ри­ко­со­ва.

Эта тео­рия объ­яс­ня­ет су­ще­ст­во­ва­ние ог­ром­но­го клас­са СП – СП 2-го ро­да, в ко­то­рых, в от­ли­чие от СП 1-го ро­да, опи­сан­ных в тео­рии Гинз­бур­га – Лан­дау, воз­мож­но про­ник­но­ве­ние маг­нит­но­го по­ля в объ­ём СП в ви­де вих­рей не­за­ту­хаю­ще­го сверх­про­во­дя­ще­го то­ка, ка­ж­дый из ко­то­рых пе­ре­но­сит квант маг­нит­но­го по­то­ка Φ0. Су­ще­ст­во­ва­ние вих­рей Аб­ри­ко­со­ва и сверх­про­во­ди­мо­сти в СП 2-го ро­да до вы­со­ких (бо­лее 105 Э) маг­нит­ных по­лей, а так­же их за­кре­п­ле­ние (пин­нинг) на не­од­но­род­но­стях обес­пе­чи­ва­ет про­те­ка­ние очень боль­ших (105 А/см2 и вы­ше) сверх­про­во­дя­щих (без­дис­си­па­тив­ных) то­ков в про­во­дах и ка­бе­лях из СП 2-го ро­да. Та­кие сверх­про­во­дя­щие ка­бе­ли ис­поль­зу­ют для пе­ре­да­чи элек­трич. энер­гии без по­терь, про­из-ва сверх­про­во­дя­щих маг­ни­тов (в ча­ст­но­сти, для маг­нит­но-ре­зо­нанс­ной то­мо­гра­фии), на­ко­пи­те­лей энер­гии, элек­трич. фильт­ров и др.

Воз­мож­ность про­хо­ж­де­ния сверх­про­во­дя­щей элек­трон­ной вол­ны че­рез барье­ры (слои ди­элек­три­ков или не­сверх­про­во­дя­щих ме­тал­лов) обес­пе­чи­ва­ет реа­ли­за­цию уни­каль­ных сверх­про­во­дя­щих эле­мен­тов – джо­зеф­со­нов­ских пе­ре­хо­дов, ши­ро­ко ис­поль­зуе­мых в фи­зи­ке и тех­ни­ке сверх­про­вод­ни­ков (см. Джо­зеф­со­на эф­фект, СКВИД-маг­ни­то­метр).

Источник: https://bigenc.ru/physics/text/3540279

Ссылка на основную публикацию