Сверхпроводимость проводников
другим электроном.Притяжение между электронами
можно представить как обмен электронов фононами,причем притяжение наиболее
эффективно,если импульсы взаимодействующих электронов антипараллельны.
2.Возникновение сверхпроводящего состояния вещества связано с
возможностью образования в металле связанных пар электронов.Проявление сил
притяжения можно представить.В результате деформации решетки электрон
оказываеся окруженным “облаком “положительного заряда, притягивающегося к
электрону. Тогда такой электрон вместе с окружающим его облаком
представляет собой положительно заряженную систему,
которая будет притягиваться к другому электрону.
При высоких температурах достаточно сильное интенсивное тепловое
движение отбрасывает частицы друг от друга,размывает ионную “шубу“, что
фактически уменьшает силы притяжения.При низких же температурах силы
притяжения играют очень важную роль.
Возникновение межэлектронного притяжения не противоречит законам
физики.Два электрона, несомненно, отталкиваются друг от друга ,если
находятся в пустоте.
В среде же сила их взаимодействия равна
(?-диэлектрическая проницаемость среды).Если среда такова ,что ? <0, то
одноименные заряды (в данном случае электроны) будут притягиваться.
Кристаллическая решетка и является той средой , которая делает
отрицательной диэлектрическую проницаемость в сверхпроводнике.
3.Расстояние между электронами пары равно:
где h-постоянная Планка,uF-скорость электрона на уровне Ферми ,
k – постоянная Больцмана, Тc–температура перехода в сверхпроводящее
состояние.Оценка показывает,что ?=10 см,т.е.электроны,образующие пару ,
находятся на расстоянии порядка 104 периодов кристаллической
решетки.Вся электронная система сверхпроводника представляет собой
связанный коллектив ,простирающийся на громадные , по атомным масштабам,
расстояния.
Если при сколь угодно низких температурах кулоновское
отталкивание между электронами преобладает над притяжением,образующим пары
,то вещество (металл или сплав) остается по своим электрическим свойствам
нормальным.Если же при температуре Т происходит преобладание сил
притяжения над силами отталкивания,то вещество переходит в cверхпроводящее
состояние
4.Важнейшей особенностью связанного в пары коллектива электронов в
сверхпроводнике является невозможность обмена энергией между электронами и
решеткой малыми порциями,меньшими ,чем энергия связи пары электронов.
Это означает, что при соударении электронов с узлами кристаллической
решетки не изменяется энергия электронов и вещество ведет себя как
сверхпроводник с нулевым удельным сопротивлением.
Квантомеханическое рассмотрение показывает, что при этом не
происходит рассеяния электронных волн на тепловых колебаниях решетки или
примесях.А это и означает отсутствие электрического сопротивления.
Условия сверхпроводимости.
1.Сверхпроводники I и II рода.
Когда магнитный поток проходит через проводник без потерь и когда
энергия связана с поверхностями раздела между участками n-фазы и s-фазы (
граница между двумя фазами всегда обладает поверхностной энергией.)
Рис. 5
На рис. 5 а-сверхпроводник с идеальным диамагнетизмом;б-сверхпроводник в
смешанном состоянии.Заштрихованные области соответствуют сверхпроводящему
состоянию (s-фазе), незаштрихованные- нормальному (n-фазе).При толщине
слоев s- фазы,меньшей глубины проникновения , магнитный поток пронизывает
и сверхпроводящие слои(Н- напряженность внешнего магнитного поля).
Искажения плотности сверхпроводящих электронов не могут проявлятся на
расстояниях,меньших длины когерентности ?~?S.
В поверхностную энергию дают вклад эффекты,зависящие как от глубины
проникновения ?,так и от длины когерентности ?.Как было показано ,вклад в
поверхностную энергию отрицателен( т.к. при этом объем чистой s-фазы
уменьшается на величину порядка ?S, где S-площадь поверхности s-фазы) и ,
следовательно, добавка к внутренней энергии сверхпроводника уменьшается на
величину порядка ?SH2/8?.Если выполняется условия ?>?(более точный расчет
дает условие ?>?1/2),то образование слоистой структуры энеогетически
невыгодно и сверхпроводник существует в виде сплошной s-фазы.
Такие сверхпроводники называются сверхпроводимостью I рода.К ним
принадлежат почти все чистые сверхпроводники .Если же выполняется условие
| |  скачать работу |
Сверхпроводимость проводников |
