Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Fyzika kondenzovaného stavu 8. přednáška. Supravodivost  Heike Kamerlingh-Onnes (1853-1926) - zkapalnil Helium - dostal se až k teplotě 1K - 28.4.1911.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Fyzika kondenzovaného stavu 8. přednáška. Supravodivost  Heike Kamerlingh-Onnes (1853-1926) - zkapalnil Helium - dostal se až k teplotě 1K - 28.4.1911."— Transkript prezentace:

1 Fyzika kondenzovaného stavu 8. přednáška

2 Supravodivost  Heike Kamerlingh-Onnes ( ) - zkapalnil Helium - dostal se až k teplotě 1K – sděluje svůj objev výrazného poklesu odporu Hg v oblasti teplot 4,2 K – hovoří o náhlé změně odporu Hg - další podobné případy (7,2 K – Pb, 3,7-5,3 K – Sn) - březen 1913 – poprvé hovoří o supravodivosti  klasická fyzika neumí supravodivost vysvětlit

3 Pokles odporu Hg (H. Kamerling-Onnes 1911) Leiden Communications 124c ( )

4 Pokusy H. Kamerlingha-Onnese  nabuzení a „zaklíčování supravodivých magnetů  B(t) = B(t = 0)exp(-t / t R )  T < T c – pokles odporu alespoň o 6 řádů (měření H.K-O) - poslední měření H.K-O – pokles o 12 řádů  1962 – v USA pokus, kdy proud procházel cívkou 2,5 roku (     m)  v současnosti je vysoká stabilita perzistentních proudů v supravodičích s úspěchem využívána např, v laboratořích, urychlovačích, v lékařství (NMR), …

5

6

7 Postřehy plynoucí z experimentů  odpor supravodiče je nekonečně malý (R  0 raději než R=0 – nepatrné množství „nesupravodivých“ elektronů v soustavě a T  0)  je možné „zamrazit“ („zaklíčovat“) mg. pole a dosáhnout obrovské stability pole (trvalé nevymírající proudy v supravodivé cívce – perzistentní proudy)  perzistentní proudy jsou v supravodiči metastabilní (neodpovídají rovnovážném TDM stavu – stav bez proudu má ještě nižší energii)  nelze vytvořit použitelné supravodivé „akumulátory energie“ z čistých kovů (existence B c ) – např Pb…B c (T  0) = 0,0803 T (- šlo by to se silně znečistěnými slitinami)

8 Vysokoteplotní supravodiče  1987 – Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-y … T c  100 K

9

10 Meisssnerův-Ochsenfeldův jev  Berlín, supravodič, nezávisle na své historii, vytlačuje (vratně) magnetickou indukci B ze svého vnitřku

11 Meissnerův–Ochsenfeldův jev  M-O  supravodič není pouhým ideálním vodičem s nulovým odporem  ideální vodič - mg. pole  stínící proudy  na povrchu id. vodiče vznikne taková mg. indukce, že se pole uvnitř vyruší  stav id. vodiče závisí na jeho předchozí historii!  supravodič - B je vypuzena z vnitřku supravodiče při T  T c bez ohledu na jeho předchozí historii (zda byl předtím zmagnetizován či ne)

12 Rovnice bratrů Londonů (Fritz London, Heinz London ) (Fritz London, Heinz London ) hloubka vniku mg. pole - proudová hustota transportního proudu „supravodivých částic“ j s = 2e  v s

13 Supravodiče I. typu  např. Pb, Sn, In  mají jedinou kritickou indukci B c  při vnějším poli B  B c vniká toto pole jen do hloubky L pod povrch supravodiče  na povrchu supravodiče tečou stínící Meissnerovy proudy (jen do hloubky L )  stínící proudy nepřenáší náboj v objemu supravodiče!  v masivním supravodiči tečou stínící i transportní proudy po jeho povrchu

14 Supravodiče II. typu vírové vlákno - dvě kritické indukce B c1, B c2 (B c1 < B c2 ) - při B < B c1 – chovají se stejně jako supravodiče I. typu - při B c1 < B < B c2 - mg. pole vniká do supravodiče (vírovým vláknem) - B > B c2 – supravodič přejde do normálního (nesupravodivého) stavu Vírové vlákno má normální nesupravodivé jádro, jímž proniká mg. tok do vzdálenosti L od osy víru.

15 Kvantování magnetického toku fluxoidfluxon uzavřená dráha obepínající „díru“ jíž proniká mg. tok  = BS (B-indukce v díře, S plocha vymezená křivkou  ) Pokud je dráha  vedena „hluboko“ (> L ) v supravodiči, potom v této hloubce netečou proudy a fluxoid je  = n  0. (  0 =h/2e)

16 Charakteristiky elektronového plynu pro některé kovy kovvalenceN V e / m -3 k F / m -1 E F / eV ħ  p / eV Li14,631,114,718,0 Na12,530,923,155,91 K11,320,752,044,27 Rb11,070,701,783,85 Cs10,870,641,543,46 Be224,631,9314,318,5 Mg28,61,377,1211,0 Ca24,61,114,688,0 Zn213,141,579,4413,4 Al318,071,7511,6615,8 Pb413,191,579,4613,5 Podle: Myers H.P.: Introductory Solid State Physics. CRC Press, London 2002.

17 Izotopový jev (1950)  na supravodivost má vliv i krystalová mříž  závislost kmitů mříže na nukleonovém čísle A analogie s mechanickým oscilátorem Experimentálně prokázáno, že: T c = konst  M -1/2

18 Mikroskopická teorie supravodivosti  1957 – J. Bardeen, L.N. Cooper, J.R. Schrieffer (BCS teorie – Nobelova cena 1972)

19 Idea párování (elektronů) - L. N. Cooper  2 elektrony nad „Fermiho mořem“ mohou vytvořit pár, kde energie připadající na 1 elektron < E F (zbytek je ve formě vazebné energie)  maximální stabilita páru - vlnové vektory elektronů jsou antiparalelní (k, -k - spiny elektronů mají hodnoty s-s(↑,↓)  maximální stabilita páru - vlnové vektory elektronů jsou antiparalelní (k, -k) - spiny elektronů mají hodnoty s, -s (↑,↓)  „velikost“ páru  m (!!! – v objemu jednoho kuperonu může ležet těžiště dalších párů)

20 Vazebná energie Cooperova páru  D – Debeyův kmitočet N (0) – hustota elektronových stavů na Fermiho mezi E F V ef – interakční dvoučásticový potenciál fononové interakce mezi elektrony a mřížkou (pro 0  D V ef  0,  >  D V ef = 0)

21 Cooperovy páry - Cooperův pár –boson („pseudoboson“) - Cooperův pár – boson („pseudoboson“) - Boseho-Einsteinův kondenzát párů v prostoru hybností - v základním stavu je makroskopický počet párů (kondenzát) Vlnová f-ce kondenzátu: hustota párů v kondenzátu


Stáhnout ppt "Fyzika kondenzovaného stavu 8. přednáška. Supravodivost  Heike Kamerlingh-Onnes (1853-1926) - zkapalnil Helium - dostal se až k teplotě 1K - 28.4.1911."

Podobné prezentace


Reklamy Google