Superlaidumo fizika

Pereinamosios temperatūros

Daugelio žinomų superlaidininkų perėjimo temperatūra yra nuo 1 K iki 10 K. Iš cheminių elementų volframo žemiausia perėjimo temperatūra yra 0,015 K, o niobio - aukščiausia, 9,2 K. Perėjimo temperatūra paprastai yra labai jautri magnetinių priemaišų buvimas. Pvz., Kelios dalys milijonui mangano, esančio cinke, žymiai sumažina pereinamąją temperatūrą.

Savitasis šilumos ir šilumos laidumas

Šilumines superlaidininko savybes galima palyginti su tos pačios medžiagos savybėmis toje pačioje temperatūroje esant normaliai būsenai. (Medžiaga gali būti priversta į normalią būseną esant žemai temperatūrai, jei yra pakankamai didelis magnetinis laukas.)

Kai į sistemą įpilama nedaug šilumos, dalis energijos sunaudojama grotelių virpesiams padidinti (tokia pati suma yra normalios ir superlaidžios sistemos sistemose), o likusi dalis naudojama padidinti laidumo elektronų energija. Elektronų savitasis šiluma (C _e) yra apibrėžiamas kaip elektronų naudojamos šilumos dalies ir sistemos temperatūros pakilimo santykis. Savitasis superlaidininko elektronų šiluma kinta priklausomai nuo absoliučiosios temperatūros (T) normalioje ir superlaidžioje būsenose (kaip parodyta 1 paveiksle). Elektroninis savitasis šilumos laidumas superlaidžioje būsenoje (žymimas C _es) yra mažesnis nei normalioje būsenoje (pažymėta C _en) esant pakankamai žemai temperatūrai, tačiau artėjant pereinamojo laikotarpio temperatūrai T _c, C _es tampa didesnė nei C _en, kuriai esant jis staigiai nukrenta į C _en klasikiniams superlaidininkams, nors kreivė yra gaubto formos šalia T _c, esant aukštiems T _c superlaidininkams. Tikslūs matavimai parodė, kad esant žemesnei nei pereinamosios temperatūros temperatūrai, elektroninės savitosios šilumos logaritmas yra atvirkščiai proporcingas temperatūrai. Ši priklausomybė nuo temperatūros, kartu su statistinės mechanikos principais, aiškiai rodo, kad tarp superlaidininko elektronų yra energijos paskirstymo tarpas, taigi, norint sužadinti kiekvieną elektroną iš būsenos, esančios žemiau, reikalinga minimali energija. atotrūkis iki būklės, viršijančios atotrūkį. Kai kurie iš aukšto T _c superlaidininkų suteikia papildomą indėlį į specifinę šilumą, proporcingą temperatūrai. Šis elgesys rodo, kad yra elektroninių būsenų, kurių energija yra maža; Papildomi tokių būsenų įrodymai gaunami iš optinių savybių ir tunelių matavimų.

Šilumos srautas bandinio ploto vienete yra lygus šilumos laidumo (K) ir temperatūros gradiento △ T sandaugai: J _Q = -K △ T, minuso ženklas rodo, kad šiluma visada teka iš šiltesnio į šaltesnį regioną. medžiaga.

Šilumos laidumas normalioje būsenoje (K _n) artėja prie šilumos laidumo superlaidžioje būsenoje (K _s), kai temperatūra (T) artėja prie pereinamosios temperatūros (T _c) visoms medžiagoms, nesvarbu, ar jos grynos, ar nešvarios. Tai rodo, kad kiekvieno elektrono energijos tarpas (Δ) artėja prie nulio, kai temperatūra (T) artėja prie pereinamosios temperatūros (T _c). Tai taip pat leistų atsižvelgti į tai, kad elektroninis savitasis šilumos laidumas superlaidžioje būsenoje (C _es) yra didesnis nei normalioje būsenoje (C _en) prie pereinamosios temperatūros: kai temperatūra pakyla link pereinamosios temperatūros (T _c), mažėja energijos atotrūkis superlaidžioje būsenoje, didėja termiškai sužadintų elektronų skaičius, ir tam reikia absorbuoti šilumą.