Michal a Tomáš Odstrčil

 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 T C  Objev LaBaCuO (35K) a YBaCuO (92K)

Historie

Základní pojmy  Kritická teplota (T c )  Kritické magnetické pole(B c ) Empirický vzorec závislosti na teplotě

Základní rozdělení  Supravodiče I. typu  Supravodiče II. typu Supravodiče vysokoteplotní 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 Hg4,154 K In3,403 5K Pb7,196 K V5,40 K Zn7,86 K P14-24K při 250GPa

Supravodiče II. typu  Existence předpovězena BCS teorií  Přechodový stav Magnetické víry vnikající do supravodiče  Výhody Lze z nich vyrobit dráty a cívky Vyšší B C a T C  Nevýhody Musí se chladit kapalným He Supravodiče II. typu Nb 3 Sn18 Nb 3 Al18,7 Nb 3 Ge23,2 Nb 0,16 Al 0,64 Ge 0,2 20,7 Nb 3 Al 0,75 Ge 0,25 18,5 Nb-Ti8 - 10

Supravodivé kabely CERN  12.5kA  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

Vortexy  Jejich jádra jsou nesupravodivá  Víry jsou izolovány stínícími proudy  Defekty-upínání vírů  Významně ovlivňují magnetické a proudové charakteristiky supravodiče

Meissnerův efekt  Součást 99% demonstrací  Dokonalé diamagnetikum  Levitace Magnetickou indukcí Zamrzání magnet. siločar

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

Nápady vedoucí k BCS teorii  Cosi brání přechodu nosičů náboje do nesupravodivého stavu  Tepelná energie umožňuje překonat zakázané pásmo  T C je závislá na hmotnosti izotopu Interakce s krystal. mřížkou  Nosiči náboje nejsou fermiony  Elektrony se nemohly ztratit

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

Cooperovy páry Fotonová interakce Fononová interakce  Spojení elektronů fononovou interakcí  Bosony, celočíselný spin  Při T C překonají elektrony Fermiho mez  Koherentní chování  Supravodivost, důsledek koherence

Vysokoteplotní supravodiče HTS  Objev roku 1986  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 Vysokoteplotní supravodiče La 2-x Ba x CuO 4 (x=0,15) 35 YBa 2 Cu 3 O 7 93 YBa 2 Cu 3 F 2 O y 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 kvazičásticemi  Jsou lokalizovány v Cu-O rovinách  Spinové excitace mohou párovat elektrony YBaCuO

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

Speciální typy supravodičů Borokarbidy – ferromagnetické supravodiče  Nejméně prozkoumané, objevené v roce 1993  Cooperovy páry obchází magnetické ionty „Rezonanční“ supravodič  Byl nalezen zatím jen jeden: Sn 3 Ba 8 Ca 4 Cu 11 O x

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

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

Experiment  BiPbSrCaCuO T C = 108K  YBaCuO T C = 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           A mnoho dalších …