Авиационно инженерство Административно право Административно право Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог” Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидросистеми и хидравлични машини Културология Медицина Психология икономика дескриптивна геометрия Основи на икономически т Oria професионална безопасност Пожарна тактика процеси и структури на мисълта, Професионална психология Психология Психология на управлението на съвременната фундаментални и приложни изследвания в апаратура социалната психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерна производствена Физика Физични феномени Философски хладилни инсталации и екология Икономика История на икономиката Основи на икономиката Икономика на предприятията Икономическа история Икономическа теория Икономически анализ Развитие на икономиката на ЕС Спешни ситуации ВКонтакте Однокласници Моят свят Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Квантово-механично обяснение на явлението свръхпроводимост

<== предишна статия | следващата статия ==>

Теория, обясняваща явлението свръхпроводимост, е разработена през 1957 г. от Бардин, Купър, Шрифер (BCS - теория). Основната идея на теорията на СВК за свръхпроводимостта е, че между електроните на свободната проводимост на даден материал, в допълнение към обичайните сили на отблъскване (Кулон), има атрактивни сили, дължащи се на поляризацията на кристала, причинена от движещ се електрон. Свободният електрон, движещ се в кристал, привлича положително заредени йони и като резултат създава излишък на положителния заряд, който привлича други електрони, което води до появата на куперовите двойки. Разстоянието между електроните в двойките Купер може да бъде стотици пъти по-голямо от константата на решетката. Всички куперови двойки в кристал са в едно и също квантово механично състояние. Натрупването на такива бозе-частици с най-ниска енергия при ниска температура се нарича Бозе-Айнщайн кондензация или Бозе-кондензат. С повишаването на температурата, положително заредената зона става замъглена и силата на привличане намалява. Следователно свръхпроводимостта се проявява в материали със силно привличане на електрони и атомни ядра (т.е. проводниците са лоши свръхпроводници). Два електрона на куперова двойка с противоположно насочени завъртания и равни и противоположно насочени импулси, дължащи се на електрон-фононно взаимодействие (т.е. взаимодействие на електрони с решетъчни вибрации), изпитват взаимно привличане и образуват свързано състояние с такса 2е. Куперовите двойки се образуват между отдалечени електрони, където кулоновите сили на отблъскване са незначителни. В този случай критичната температура нараства с температурата на Дебай.

Тъй като при свързването по двойки енергията на електроните се променя, това означава, че в нея могат да участват само онези електрони, чиято енергия може да се промени. Общата концентрация на електрони, образуващи двойка, е от общия им брой. В куперова двойка енергията на електрони се променя, което води до промяна в спектъра на материала. За да се прекъсне купърска двойка, се изисква количествено количество енергия:

= - (eV)> kT. (6.2)

Физическата природа на свръхпроводимостта е подобна на свръхфлуидността (идеята беше предложена от Ландау през 1941 г.). Квантовата механична теория разглежда свръхпроводимостта като свръхфлуидност на електрони в метал с отсъствието на триене, присъщо на свръхфлуидността. Електроните на проводимостта се движат свободно в свръхпроводника, без триене за хетерогенността на кристалната решетка.

В квантовата теория на металите привличането между електроните (фононен обмен) е свързано с появата на елементарни възбуждания на кристалната решетка. Електрон, движещ се в кристал и взаимодействащ с друг електрон чрез решетка (електрон-фононно взаимодействие), превежда го в възбудено състояние. Когато решетката влезе в основното състояние, излъчва се аудиочестотен енергиен квант - фонон, който се абсорбира от друг електрон. Привличането между електроните може да бъде представено като обмен на електрони чрез фонони и привличането е най-ефективно, ако импулсите на взаимодействащите електрони са антипаралелни.

Ако при произволно ниски температури кулоновото отблъскване между електроните преобладава над двойките, образуващи привличането, тогава веществото (метал или сплав) запазва своите обичайни свойства. При критична температура силите на привличане преобладават над отблъскващите сили, следователно веществото влиза в свръхпроводящо състояние.

Най-важната характеристика на колектив от електрони, свързани в двойка в свръхпроводник, е невъзможността за обмен на енергия между електроните и решетката на малки части, по-малки от енергията на свързване на двойка електрони. Това означава, че когато електроните се сблъскат с решетъчни места, енергията на електрона не се променя и материята се държи като свръхпроводник с нулево съпротивление. Квантово-механичното изследване показва, че в този случай няма разсейване на електронни вълни върху топлинни вибрации на решетката или примесите. Това означава липса на електрическо съпротивление.

За да се унищожи състоянието на свръхпроводимостта, е необходимо да се изразходва определена енергия. При температури над критичното ниво се случва нарушаването на свързаните състояния на електронните двойки, привличането между електроните спира и феноменът на свръхпроводимостта престава да съществува.

През 1986 г. швейцарският клон на американската компания IBM (Bednorets and Müller) открива феномена на свръхпроводимост при висока температура в керамичен метален оксиден материал (La, Ba, Cu, O), характеризиращ се с критична стойност на температурата от 30K. След замяна на бария със стронций, температурата се повишава до = 40K. В момента те са достигнали критичната температура T = 181K, но има съобщения, че една от японските фирми е достигнала критична температура над 273K.

Обяснението на феномена на високотемпературната свръхпроводимост се основава на формирането на куперовите двойки, но не и на електрон-фононното взаимодействие, но вероятно поради електронно-екситоновото взаимодействие. Има и други идеи, обясняващи механизма на ВТСП, например, използвайки концепцията за резониращи валентни връзки (Andersen), идеята, че преносът на енергия се дължи на солитоните (Давидов, Ермаков) и др.

Когато свръхпроводник влезе в магнитно поле, това поле прониква в него под формата на тънки потоци, наречени вихри. Около всеки такъв вихър възникват електрически токове. Тези вихри се възпроизвеждат и разсейват, когато температурата на материала се повиши. Тъй като вихри са склонни да се прикрепят към дълги, тънки дупки в материала, наречени призматични дефекти, изследователите предполагат, че вихрите ще се държат по различен начин, ако има такива дефекти. И те разбраха: когато вихрите са по-големи от дупките, вихрите започват да се разсейват в два етапа, вместо в един, когато температурата се повиши. Ако учените успеят да забавят дисперсията на вихровите потоци, ще бъде възможно да се постигне ефектът на свръхпроводимостта при по-високи температури.

<== предишна статия | следващата статия ==>





Вижте също:

графен

Квантов осцилатор на базата на електромеханичен резонатор

Зееманов ефект

Електронен парамагнитен резонанс

Принципи на изграждане на сензорни самоорганизиращи се системи

Старк ефект

Концепцията за "меки измервания"

Ефект на квантовата зала

Класификации на рецепторите

Връщане към съдържанието: Съвременни фундаментални и приложни изследвания в приборостроенето

Видян: 2079

11.45.9.51 © ailback.ru не е автор на публикуваните материали. Но предоставя възможност за безплатно ползване. Има ли нарушение на авторските права? Пишете ни Обратна връзка .