Supravodivost.

Prezentace na téma: "Supravodivost."— Transkript prezentace:

1 Supravodivost

2 Obsah Historie Supravodiče I. a II. Typu Zajímavé vlastnosti
BCS teorie Vysokoteplotní supravodivost Speciální typy supravodičů Experiment

3 Historie Objevitel je H.K. Onnese Zkapalnil helium
Teplota varu He 4,23K Objev supravodivosti roku 1911 Pozorována u rtuti při 4,26K Časem objeveny supravodiče s vyšší TC Objev LaBaCuO (35K) a YBaCuO (92K)

4 Historie

5 Základní pojmy Kritická teplota (Tc) Kritické magnetické pole (Bc)
Empirický vzorec závislosti na teplotě Kritické magnetické pole a teplota

6 Základní rozdělení Supravodiče I. typu Supravodiče II. typu
Supravodiče vysokoteplotní Smíšený stav

7 Supravodiče I. typu Jsou to kovy nebo polokovy
Nemají prakticky žádné využití Velmi nízké přechodové teploty Nízké kritické magnetické pole Dokonalá diamagnetika Supravodiče I. typu Hg 4,154 K In 3,403 5 K Pb 7,196 K V 5,40 K Zn 7,86 K P 14-24K při 250GPa

8 Supravodiče II. typu Existence předpovězena BCS teorií Přechodový stav
Magnetické víry vnikající do supravodiče Výhody Lze z nich vyrobit dráty a cívky Vyšší BC a TC Nevýhody Musí se chladit kapalným He Supravodiče II. typu Nb3Sn 18 Nb3Al 18,7 Nb3Ge 23,2 Nb0,16Al0,64Ge0,2 20,7 Nb3Al0,75Ge0,25 18,5 Nb-Ti Protože se musí chladit heliem ta je jedno jakou mají transformační teplotu fázový diagram

9 Supravodivé kabely CERN
LEP LHC

10 Pronikání magnetického pole
Závislost magnetické indukce na hloubce λ je hloubka průniku Závislost λ na teplotě λ(0) je běžně 50 – 100 nm Srovnatelné s velikostí buňky krystalu **prostup magnetického pole do supravodičů penetrační hloubka <= hloubka průniku obrázek exponenciálního poklesu

11 Vortexy Jejich jádra jsou nesupravodivá
Víry jsou izolovány stínícími proudy Defekty-upínání vírů Významně ovlivňují magnetické a proudové charakteristiky supravodiče víry pdf z otevřené vědy

12 Meissnerův efekt Součást 99% demonstrací Dokonalé diamagnetikum
Levitace Magnetickou indukcí Zamrzání magnet. siločar Meissnerův-Ochsenfeldův jev

13 Je to vůbec potřeba?

14

15

16 Základní pojmy k BCS Fonony Fermiony Bosony Antiferomagnetismus
Kvazičástice Fermiony Bosony Celočíselný spin Nesplňují Pauliho vylučovací princip Mezony,fotony,gluony Antiferomagnetismus Energeticky výhodnější je opačná orientace sousedních spinů

17 Nápady vedoucí k BCS teorii
Cosi brání přechodu nosičů náboje do nesupravodivého stavu Tepelná energie umožňuje překonat zakázané pásmo TC je závislá na hmotnosti izotopu Interakce s krystal. mřížkou Nosiči náboje nejsou fermiony Elektrony se nemohly ztratit Ideas Leading to the BCS Theory

18 Cooperovy páry Spojení elektronů fononovou interakcí
Bosony, celočíselný spin Při TC překonají elektrony Fermiho mez Koherentní chování Supravodivost, důsledek koherence Fotonová interakce Fononová interakce Názvy podle jmen fyziků Rok 1957 Vysvětlit fonony fonony tvorba cooperových párů

19 BCS teorie John Bardeen, Leon Cooper, John Robert Schrieffer (1957)
Elektron-fononová interakce U normálních vodičů způsobuje odpor U supravodičů páruje elektrony do Cooperových párů Podmínky párování elektronů Dostatečně malý rozdíl energií Opačně orientovaný spin a hybnost Supratekutost, magnetary Názvy podle jmen fyziků Rok 1957 Vysvětlit fonony důležité pojmy bcs teorie experimentální podklady k bcs teorii

20 Vysokoteplotní supravodiče HTS
Objev roku 1986 Nevodivé keramiky s šupinkovitou strukturou Nosiče náboje jsou opět Cooperovy páry Vážou se na jiném principu Výhody Chladí se dusíkem Nevýhody Nelze z nich vyrábět cívky Omezené možnosti využití vysokoteptolní supravodivost vysokoteplotní charakteristické vlastnosti ,kyslík, měď , antiferomagnetika vlastnosti které je odlišují kromě teplot dosavadní teorie Víry smb://server/supravodivost/15jirsa.pdf str5 Vysokoteplotní supravodiče La2-xBaxCuO4 (x=0,15) 35 YBa2Cu3O YBa2Cu3F2Oy

21 Vlastnosti HTS Výrazné roviny Cu-O Jsou antiferomagnetické
Atomy Cu jsou elementárními magnety Antiparalelně umístěné YBaCuO

22 Teorie HTS Není dokončena
Excitace spinových antifero-magnetických struktur jsou kvazičástice Jsou lokalizovány v Cu-O rovinách Spinové excitace mohou být kvazičásticemi párujícími elektrony Kapalné kroužky děr střídané ionty Cu

23 Speciální typy supravodičů Fullereny, organické supravodiče
Většinou obsahují alkalické kovy Maximální dosažené teploty až 70K Pro nanotrubičky jen 12K speciální případy

24 Speciální typy supravodičů
Borokarbidy – ferromagnetické supravodiče Nejméně prozkoumané, objevené v roce 1993 Cooperovy páry obchází magnetické ionty „Rezonanční“ supravodič Byl nalezen zatím jen jeden: Sn3Ba8Ca4Cu11Ox Možnost zajímavého chování v podkritických teplotách

25 Ultravodiče Organické polymery Mnohem lepší vodivost než zlato
Vykazují extrémní diamagnetismus Většinou existují pouze ve formě tenkých filmů => cíl je vytvořit dráty V praktických aplikacích možná nahradí měď a vysokoteplotní supravodiče Za pokojové teploty

26 Supravodivost za pokojové teploty
Supravodivost vykazuje oblak elektronů mezi katodou a anodou Nebylo vysvětleno ani pořádně dokázáno Předpokládá se, že v oblaku vznikají Cooperovy páry

27 Experiment BiPbSrCaCuO TC = 108K YBaCuO TC = 93K BSCCO

28

29 Závěr 100 let od objevu Nejznámější je YBaCuO
BCS teorie – základní princip Vysokoteplotní supravodivost Poděkování ing. Svobodovi za ochotu při shánění dusíku, a škole za sponzorování nákupu supravodičů

30 Zdroje http://www.aldebaran.cz/bulletin/2004_36_hts.html
A mnoho dalších …