Supravodivost

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

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) http://openlearn.open.ac.uk/mod/resource/view.php?id=192974 http://www.converter.cz/tabulky/supravodice.htm http://www.aldebaran.cz/bulletin/2004_36_hts.html

Historie

Základní pojmy Kritická teplota (Tc) Kritické magnetické pole (Bc) Empirický vzorec závislosti na teplotě Kritické magnetické pole a teplota http://www.z-moravec.net/supc/teor/gen.php http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/solids/scbc.html http://openlearn.open.ac.uk/mod/resource/view.php?id=192982

Základní rozdělení Supravodiče I. typu Supravodiče II. typu Supravodiče vysokoteplotní http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/solids/scbc.html#c4 Smíšený stav

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 http://www.supravodice.zcu.cz/index3.html http://www.z-moravec.net/supc/teor/type1.php http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/solids/scond.html#c4

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 8 - 10 Protože se musí chladit heliem ta je jedno jakou mají transformační teplotu http://www.supravodice.zcu.cz/index4.html http://www.z-moravec.net/supc/teor/type2.php http://openlearn.open.ac.uk/mod/resource/view.php?id=193000 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/solids/scond.html#c5 fázový diagram http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/solids/scbc.html#c4

Supravodivé kabely CERN LEP LHC

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 http://openlearn.open.ac.uk/mod/resource/view.php?id=192990 --obrázek exponenciálního poklesu http://openlearn.open.ac.uk/mod/resource/view.php?id=192992

Vortexy Jejich jádra jsou nesupravodivá Víry jsou izolovány stínícími proudy Defekty-upínání vírů Významně ovlivňují magnetické a proudové charakteristiky supravodiče víry http://openlearn.open.ac.uk/mod/resource/view.php?id=193000 pdf z otevřené vědy http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/solids/scbc.html#c4 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/solids/scbc.html#c5

Meissnerův efekt Součást 99% demonstrací Dokonalé diamagnetikum Levitace Magnetickou indukcí Zamrzání magnet. siločar Meissnerův-Ochsenfeldův jev http://openlearn.open.ac.uk/mod/resource/view.php?id=192980 http://openlearn.open.ac.uk/mod/resource/view.php?id=192998 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/solids/maglev.html#c2 http://en.wikipedia.org/wiki/Superconductivity#Meissner_effect

Je to vůbec potřeba?

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 http://cs.wikipedia.org/wiki/Fonon http://www.aldebaran.cz/bulletin/2004_36_hts.html http://en.wikipedia.org/wiki/Phonon

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 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/solids/bcs2.html#c1 http://openlearn.open.ac.uk/mod/resource/view.php?id=192974 http://www.z-moravec.net/supc/teor/izotop_jev.php

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 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/solids/coop.html#c2 fonony http://cs.wikipedia.org/wiki/Fonon http://www.aldebaran.cz/bulletin/2004_36_hts.html http://en.wikipedia.org/wiki/Phonon tvorba cooperových párů

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 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/solids/bcs.html#c1 http://www.z-moravec.net/supc/teor/bcs.php http://www.aldebaran.cz/bulletin/2004_36_hts.html http://en.wikipedia.org/wiki/BCS_theory experimentální podklady k bcs teorii http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/solids/bcs.html#c2

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 http://www.aldebaran.cz/bulletin/2004_36_hts.html http://openlearn.open.ac.uk/mod/resource/view.php?id=193000 dosavadní teorie Víry smb://server/supravodivost/15jirsa.pdf str5 Vysokoteplotní supravodiče La2-xBaxCuO4 (x=0,15) 35 YBa2Cu3O7 93 YBa2Cu3F2Oy 155

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

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

Speciální typy supravodičů Fullereny, organické supravodiče Většinou obsahují alkalické kovy Maximální dosažené teploty až 70K Pro nanotrubičky jen 12K speciální případy http://superconductors.org/atypical.htm

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 http://superconductors.org/atypical.htm

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 http://superconductors.org/ultra.htm

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 http://www.aldebaran.cz/bulletin/2003_22_dia.html http://en.wikipedia.org/wiki/Room_temperature_superconductor

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

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

Zdroje http://www.aldebaran.cz/bulletin/2004_36_hts.html http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/solids/supcon.html http://openlearn.open.ac.uk/mod/resource/view.php?id=193000 http://openlearn.open.ac.uk/mod/resource/view.php?id=192974 http://openlearn.open.ac.uk/mod/resource/view.php?id=192982 http://superconductors.org/ http://www.converter.cz/tabulky/supravodice.htm http://www.supravodice.zcu.cz/index3.html http://en.wikipedia.org/supercoductors A mnoho dalších …