А.Н. Матвеев - Атомная физика (1120551), страница 103
Текст из файла (страница 103)
Если площадь, ограниченная внутренней поверхностью кольцевого контура, начинает пронизываться магнитным потоком Ф 1ср. рис. 140 и формулу (70.4)1, то в контуре возникае~ ицдуцированный сверхпроводящий ток 1„а на контактах-дополнительная разность фаз б, имеющая разные знаки на контактах, потому что ток 1, в одном контакте совпадает по направлению с током 1/2 через контакт, а в другом контакте имеет противоположное направление (рис.
145,б). Дополнительная разность фаз 8 определяется соотношением (70.8), записанным для каждого из контактов: 1!2 + 1, = 10 Б!л (Ч1 + 6), 112 — 1, =1,ял(1р — ь), Волны электронных сверхпроводящих пар ~еперь при соединении интерферируют с разностью фаз 28. Полный ток 1, протекающий через систему, с учетом интерференции равен 1 = 1о яп(ор '; 8) + 1о яп(ор — 8) = = 21ояпорсозб. (70.11) Условие (70.4) фазовой когерентности сверхпроводящего тока в кольце с учетом разности фраз 28, возникающей на контактах, принимает вид (1л1()т'.4й)1 71, о)г+ (24/Ь)фА дг+ 28 = 2пп. (70.12) По тем же причинам, что и в выводе уравнения (70.6) из (70.4), убеждаемся, что первый интеграл слева в 4 70 Сверхпроводимость (70.12) равен нулю, а само равенство с учетом (70.6) принимае~ вид (2О(Л) Ф -Ь 28 = 2лп, (70.13) Ь = л (п + Ф/Ф ). (70.14) где квант магнитного потока Фо определен в (70,7).
Формула (70.11) учитывает интерференцию не посредством суперпозиции волн, а непосредственно в виде сложения интенсивностей (т. е. снл токов) с учетом соответствующих разностей фаз. Поэтому ! в этой формуле должна быть положительной и, поскольку ограничений на Ь никаких пет, вместо сов 8 в ней надо писать !созЬ!. Учитывая, что !сов(лп+ лФ(Фо)! =!сов(л1Ф!(Фо)1, (70.15) запишем окончательно формулу (70.11) в виде 7 = )с яд 9!сов(л(Ф1тФД!, (70.16) При увеличении магнитного потока !Ф! ток, протекаюгций через слабосвязанный сверхпроводник указанного чипа, испытывает колебания с периодом кванча магнитного потока.
Это позволяет использовать такие устройства (сквиды) для чрезвычайно точного измерения слабых мапчитных полей (до 1О 1в Тл), малых токов (до 1О 'о А), малых напряжений (до 10 " В). Слабосвязанные сверхпроводники используются также в качестве быстродействующих элементов логических устройств ЭВМ, детекторов СВЧ, в усилителях и других электронных приборах. Высокотемнературная сверхпроводимость. Весной 1986 г.
Г. Беднорз и А. Мюллер сообщили об открытии ими сверхпроводимости в соединении оксида лантана, бария и меди с критической температурой примерно 33 К. Наиболее важным в этом открытии было не повышение критической температуры примерно на 1О К после 13 лет безуспешных попыток повысить ее хотя бы на ! К, а открытие новых сверхпроводниковых материалов, относящихся к керамикам. Исследование керамических материалов позволило Р.
Чу уже через полгода открыть сверхпроводимость оксида иттрия, бария и меди с критической температурой выпте 90 К. Это означало возможность крупномасштабных технологических применений сверхпроводимости выше точки кипения азота (77 К), когда эти применения становятся экономически оправданными, После э~ого в область исследований высокотемпературной сверхпроводимости устремилось большое число исследователей во всех странах. В 1987 г. в периодических журналах было опубликовано свыше 1000 работ по этим вопросам, проведено несколько конференций, много совещаний и т.
д. Осенью 1987 г. Беднорзу и Мюллеру за открытие высокотемпературной сверхпроводимости была присуждена Нобелевская премия по физике. В работах 1987 г. были установлены важные экспериментальные факты: высокотемпературная сверхпроводимость свойственна материалам с содержанием меди; она обусловлена спаренными носителями зарядов (дырками); она очень чувствительна к содержанию кислорода в материалах и не допускае~ замещения меди другим элементом; исследования изотопического эффекта ставят под вопрос фононный механизм спаривания. В течение 1988 г.
в работах по высокотемпературной сверхпроводимости приняла участие значительная часть ученых, ранее занятных в других областях исследования, Этим работам во всех ведущих странах были предоставлены значительные фи- 380 13 электронные свойства твердых тел нансовые средства. Исследование десятков ~ысяч соединений на основе меди позволило найти новые высокотемпературные сверхпроводящие материалы и поднять критическую температуру до 125 К. Во всех полученных сверхпроводниках носителями заряда являются дырки. Интенсивные теоретические исследования не позволили получи~ь какие-либо надежные резуль~аты по выяснению механизма наблюдаемой высокотемпературной сверхпроводимости. Таким образом в исследованиях по сверхпроводимости в течение 1988 гг.
не произошло каких-либо принципиальных событий. Принципиальное событие произошло в январе 1989 г., когда ~руина японских ученых из университета Токио объявила об открытии нового класса сверхпроводников с критической температурой 20 К. В о~личие от известных до этого керамических сверхпроводников на основе меди, открытых Беднорзом и Мюллером, носителями заряда в которых являются дырки, у нового класса сверхпроводников носителями являются электроны.
Важность открытия э~ого класса сверхпроводников связывается с надеждами пестроить правильную теоретическую модель для сверхпроводников на основе меди и найти сверхпроводящие материалы с критической температурой выше 125 К. Сверхпроводники БеднорзаМюллера Ьат „(Ва, Яг),СцОв „были получены в результате частично~о замещения в соединении Ьа,СцОв трехвалентного лантана двухвалентным барием или стронцием. Полученный японскими авторами электронный сверхпроводник имее~ состав Ьп, „Се„Сц04 „где в качестве лантаноида Ьп может быть один из легких трехвалентных лантаноидов— празеодим, неодим или самарий, т, е.
в соединении Ьп,Сц04 один из указанных легких лантаноидов замещается также легким лантаноидом — церием. Вскоре после японского сообщения группа исследователей университета Калифорнии, Сан Диего, объявила об электронной сверхпроводимости в соединениях т)')т) Рг)т Т)тСцОв и Ецв СехСц4 Это показывает, что электронйые сверхпроводники получаются в результате частичного замещения в соединении вида ЬпСцОв «рехвалентного лантаноида четырехвалентным лантаноидом.
Кристаллическая структура элект.- ронных сверхпроводников аналогична кристаллической структуре дырочных сверхпроводников Беднорза и Мюллера. Единственное отличие состоит в том, что в электронном сверх- проводнике каждый атом меди связан с четырьмя атомами кислорода, а в дырочном сверхпроводнике каждый атом меди связан с шестью атомами кислорода.
Знак носителей определялся по знаку коэффициента Холла. Однако связь коэффициента Холла со знаком носи~елей довольно сложная в твердых телах со сложной структурой зон, которая существует в сверхпроводниках на основе меди. Другим методом определения знака носителей является измерение коэффициента Зеебека, который характеризует возникающую в образце разность потенциалов при создании в нем градиента температур. Измерения показали, что знак коэффициента Зеебека в новых сверх- проводниках меняется на обратный в сравнении со знаком в дырочных сверхпроводниках.
Это также служит достаточно надежным подтверждением, что носители заряда в новых сверхпроводииках †электро. 71 72 Релятивистские волновые уравнения Релятивистские эффекты в атомной физике Физические свойства вакуума Р ЕЛ Я ТИ В И СТС К И Е ЭФФЕКТЫ В АТОМНОЙ ФИЗИКЕ Релятивистские эффекты возникают не только при скоростях зарядов, близких к скорости света. Они существуют и при малых скоростях зарядов.
Например, порождение магнитного поля движущимся зарядом является релятивистским эффектом независимо от скорости заряда; спин электрона имеет релятивистское происхождение и существует независимо от скорости заряда и т. д. Релятивистские эффекты в атомной физике существуют и при нерелятивистских скоростях электронов в атомах. 382 14. Релятивистские эффекты в атомной физике 71, Релятнвнстскне волновые уравнення Онисываею» формальный чехол нолучения релятивисхскнх волновых уравнений, обсуинаются уравнения Клейна-Горлова и лирика и свойства нх решений Область релятпвнстскнх эффектов в атомной физике. Скорость большинства электронов в атоме сравннтельно невелика. Например, в атоме гелия скорость электронов равна примерно 0,02 скорости света.
Однако на внутренних оболочках тяжелых атомов скорость электронов значительно увелнчнвается и составляет уже несколько десятых скорости света. Прн этих условиях изменение массы элек~рона становится заметным н должно быть прннято во внимание. Однако даже прн малых скоростях электрона для многих явлений атомной физики прнходнтся принимать во вннманне релятивнстскне эффекты. Наиболее важной величиной, имеющей релятивистскую природу, является спин, который надо прннимать во внимание независимо от скорости частиц.
Последовательный учет спина возможен только в рамках релятивнстской теории. Многие вопросы взаимодействия атомов с внешннми полямн, частицами н т.д. требуют также релятнвистскоуо рассмотрения. Общие замечания о релятивистских уравненнях. Принцип относнтельности требует, чтобы уравнения, которые описывают явления природы и выражают их законы, имели одинаковый внд во всех системах коордннат. Иначе говоря, этн уравнения должны быть коварнантнымн прн переходе от одной системы координат к другой по формулам преобразования координат. Если некоторое уравнение коварнантно относительно преобразованнй Лоренца, то оно является релятн- вистскнм, справедливым во всех ннерционных системах координат.
Если' же уравнение коварнантпо относнтельно преобразований Галилея, то оно является нерелятнвистскнм уравнением, справедливым лишь прн скоростях движения, много меньших скорости сне~а. Это обусловлено тем, что сами преобразовання Галилея от одной инерцнальной системы координат к другой справедливы лишь то~да, когда относнтельная скорость систем координат мала. Уравнение Шредингера (1б.16) сохраняет свой внд лишь прн преобразованни Галнлен.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
