Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 112
Текст из файла (страница 112)
Кроме "ого, тонкие пленки толщиной 6(Х, изготопаениые из сверхпроводника 1 рода, обладают некоторыми свойсгвамн сверхпроводннков П рода. Сверхпроводники !1 рода характеризуются двумя значениями критических магнитных полей Нпл и Н з (рис. 16.2). Сверх- проводящее состояние в области О...Н„, называется мейсснеровским состоянием. Область Н ь..Н„г соогвегствуег смешанному состоянию, область выше значения Н г — нормальному состоянию образца. > В смешанном состоянии магнитное поле проннкаег в объем сверхпроводящего образца.
Область сверхпроводника, через которую проникает внешнее магнитное поле, называется вихрем. Каждый вихрь содержит один эле. ментарный квант магнитного потока Ф,= =2.!О 'з Вб, радиус вихря равен глубине проникновения Х В центре вихря концентрация сверхпроводящих электронов равна нулю, вокруг вихря циркулирует сверхпроводящий экранирующий ток. Вихри образуют симметричную решетку с расположением вихрей по углам равносторонних треугольников (рис.
16.3). При увеличении магнитного поля расстояние между вихрями б уменьшается, при Ным( 0 вихри перекрываются и сверхпроводник переходит в нормальное состояние. Значение Н= Н , соответствует появлению в объеме образца одиночного вихря. Критические магнитные поля зависят от температуры.При Т= Т имеем Н 1.=Н в= =Н ~=0. В широкой области температур справедливо Н.вяз Н,(0) [1 — 1ЦТ )'[. «Жесткие» сверхпроводннкн. «Идеальный» сверхпроводник !! рода, находящийся в смешанном состоянии, даже при слабых транспортных токах будет обладать конечным электричесним сопротивлением. Зто связано с тем, что под действием протекающего постоянного электрического тока вихрь, а затем н вся решетка вихрей начинает перемещаться по сверхпроводнику с определенной скоростью.
Движущийся магнитный поток приводит к появлению в нормальных областях сверхпроаодника электрического поля, что приводит к превращению электрической энергии в теплоту. В результате весь образец может нагреться до температуры, равной критической, и перейти в нормальное состояние. Зто означает, что, несмотря иа высокие критические магнитные поля Н ь критические токи в смешанном состоянии чрезвычайно малы. Высокие критические токи у сверхпроводников И рода достигаются в том случае, если решетка вихрей игестко закреплена в объеме свехпроводника на каких-либо центрах закреп. пения вихрей (центры пнннинга). Такими центрами являются дефекты решетки и примеси. Сверхпроводиики П рода, содержащие центры пиннинга, называются «жесткими» сверхцроводниками.
Влияние концентрации дефектов на критический ток показано иа рис. 16.4. Видно, что после механической протяжки, т. е. при максимальном числе дефектов, критический ток Оби(ис свойство сверхпрозодников 02 04Тл Рис. )6.4. Критическая плотность тока сплава ЫЬ««Та«р во внешнем магнитном поле, перпендикулярном направлению тока 1 — холодная дефармапия провода; 2 — отжиг 24 ч пра !500 'С; 3 — отжиг 48 ч при !500 'С велик. После термообработки число центров пииииига уменьшается и критичссро~й ток падает. Свойства сверхпроводников в переменных электромагнитных полях.
В переменном электромагнитном лоле в отличие от полн постоянного тока сопротивление сиерхпроводников конечна. Это свизаио с тем, что при температуре выше нуля в создании тока участвуют не талька сверхпровадящие электроны (куперовские вары), но и нормальные электроны, определяющие проводимость образца в нормальном состоянии. Возникновение сопротивления на переменном токе связано с тем, что сверхпроводящие электроны, обладая массой, з следовательно, инерцией, определяют индуктивный характер проводимости сверхпроводникоа.
Электрическое поле, появляющееся в сверхпроводнике из-за индуктивного характера проводимости, воздействует на нормальные электроны и приводит к потерям энергии. Активное поверхностнее сопротивхеиие сверхпроводника а достаточно широком диапазоне частот и для температур ниже 0,6 Т можно представить в виде 1(, =(Совет/1) ехр [ — Ьг/5Т[+ й (м). Таблица 16.1. Температурная зависимость активного и реактивного сопротивлений свинца Таблица 15.2. Граничная частота некоторых сверхпроводников где С вЂ” некоторая постоянная; бт — зависящая от температуры щель [Ьгсзбр при Т~ (0,5 Т„[; )г (м) — остаточное сопротивление сверхпроводника, связанное с наличием дефектов, качеством поверхности, а также «захватом» внешнего магнитного поля при псрсходе из нормального состояния в сверхпроводящее, Р. -оР.
В табл. ! 6. ! приведены экспериментальные значения поверхностного активного и реактивного сопротивлений )г и Х дхя свинца в зависимости от температуры на частоте 3000 МГц. Следует также отметить сильное влияние состояния поверхности из-за малой глубины проникновения поля на значение активного сопротивления сверхяроводника, так как любые дефекты и загрязнении поверхности приводят к существенному увеличению потерь.
Так, поверхностное сопротивление ниабия после отжига в высоком вакууме и последующей химической полировки улреиьшастся почти на четыре порядка. /(ля сверхпрозодннков существует граничная частота )„„выше которой нет различия в поглощении электромагнитной энергии у сверхпроводников н нормальных металлов независимо от температуры. Это определяется тем, что на частотах выше ),р-2Л«/й иачинасгся интенсивный процесс фотодиссоциации сверхпроводящих пар, т. е. прямое возбуждение электронов через энергетическую щель. Граничная частота при Т=О мажет быть вычислена по формуле Ь[,р — 3,52 йТ . Граничные частоты некоторых сверхпроводников приведены в табл. !6.2. Значение /,р=(Т) определяется зависимостью энергетической щели от температуры.
Вблизи критической температуры Лтри рв3,2ЙТ»[! — (Т/Т )[ыт и в точке Т=1 имеем [,р — — О. Саерхпровадла(ие материалы (равд. 16) Рис. 16.5. Распределение сверхпроводящих элементов в таблице Д. И.. Менделеева ! — металлы, обладающие сверхпроводимостью в нормальных условиях; 2 — элементы са сверхпроводимостью толью при высоких давлениях; 5 — элементы «о сверхпроводимостью только в тонких пленках, 4— элементы со сверхпроводимостью талька при высоких лзэлеииях и только з тонких пленках; 5 — сверхправодящие элементы, свойства которых либо ие исследовались, лнба температура перехода которых ниже О,В К 16.2.
СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ ЧИСТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, СПЛАВОВ И Х ИМ ИЧ ЕСКИХ СОЕДИ НЕ НИ Й Сверхпроводимость обнаружена у большинства чистых элементов, входящих в периодическую систему Д. И. Менделеева. Среди чистых элементов можно выделить группы: !) непереходные металлы, к которым относятся фазы некоторых элементов, таких квк ВЬ Сю, Р, Аз, 5Ь, В), 5е, Те, которые обладают сверхпроводимостью при высоком давлении; 2) переходные металлы, для которых с увеличением порядкового номера происходит заполнение одной из внутренней оболочки (ЗД 4г( и Ы); 3) элементы, например, Ь1, Сз, Сг, Рг, )чб, Еп, УЬ, сверхпроводимость которых была обнаружена в тонких пленках.
Критическая температура чистых элементов меняется в широких пределах, но для массивных образцов при нормальном давлении не превышает 1О К. Установлено, чта металлы, имеющие атомный магнитный порядою не обладают сверхпроводимостью. Сюда относятся переходные металлы с незастроенными з(- и )-обвзачками (Со, Ре, КЬ Об н др.). Сравнительно мало сверхпроводников обнаружено в щелочных, щелочноземельных, благородных, редкоземельных металлах и актинидах.
На рис. 16.5 показано распределение в периодической системе Д. И. Менделеева элементов, обладающих сверхпроводимостью при нормальном и повышенном давлениях. В табл. 16.3 и 16.4 приведены основные характеристики металлов, у которых существует сверхпроводящее состояние при нормальном и високом давлениях. Для чистых элементов установлено эмпирическое правило, согласно которому периоличность свойств веществ в системе элементов (точка плавления, атомный объем, обьемная упругость и др.) ссютвстствует периодичности изменения Т . Установлено также, что высокие значения Т в переходных металлах группируются около двух значений п, — числа валентных электронов (эз(), приходяшихсн на атом переходного металла. Так, п,=5 эл/ат лля Ч, НЬ, Та и п,=7 эл/ат у Тс и Ре.
Сверхпроводимость сплавов. Широкий класс сверхпроводников представляют сплавы и соединения. Танях сверхпроводников известно более 1000. Прн оплавления элементов друг с другам возможно образование неупорядоченных сплавов типа твердых растворов и упорядоченных сплавов типа интерметаалических соединений. Неупорядоченные твердые растворы, обладающие сверхпроводимостью, образуются при сплавлении металлов, расположенных близко друг отдруга в периодической системе.
Например, )4Ь вЂ” Тз, (чЬ вЂ” Хг или Мо- — Тс н Мо — Ке. В таких сплавах критическая темпе ратура превышает Т,„исходных компонентов, но не превышает 14 К. Наиболее высокие температуры сверхпроваляще~о перехода обнаружены не в чистых металлах и сплавах, а в ннтерметаллических сослинсниях. Наиболее высокотемпературные сверхпроводники — это соединения переходных металлов со структурой А 15, к которым принадлежат Нз5! (Т, = 17,1 К), )4Ьз5п (18,0 К) и Нала (14,8 К), а также )ЧЬзбе (23,3 К) и )ЧЬзба (20,3 К).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
