СверхпроводникиБольшая Советская Энциклопедия. Статьи для написания рефератов, курсовых работ, научные статьи, биографии, очерки, аннотации, описания.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Сверхпроводники, вещества, у которых при охлаждении ниже определённой критической температуры Тк электрическое сопротивление падает до нуля, т. е. наблюдается сверхпроводимость. За исключением Cu, Ag, Au, Pt, щелочных, щелочноземельных и ферромагнитных металлов, большая часть остальных металлических элементов является Сверхпроводники (см. Металлы). Элементы Si, Ge, Bi становятся Сверхпроводники при охлаждении под давлением. В сверхпроводящее состояние может переходить также несколько сот металлических сплавов и соединений и некоторые сильно легированные полупроводники. Следует отметить, что существуют сверхпроводящие сплавы, в которых отдельные компоненты или даже все компоненты сплава сами по себе не являются Сверхпроводники Значения Тк почти для всех известных Сверхпроводники лежат в диапазоне температур существования жидкого водорода и жидкого гелия (температура кипения водорода Ткип= 20,4 К). Вторым важнейшим параметром, характеризующим свойства Сверхпроводники, является величина критического магнитного поля Нк, выше которого Сверхпроводники переходит в нормальное (несверхпроводящее) состояние. С ростом температуры значение Нк монотонно падает и обращается в нуль при Т³Тк. Максимальное значение Нк= H0, определённое из экспериментальных данных путём экстраполяции к нулю абсолютной температурной шкалы, для ряда Сверхпроводники приведено в таблице. Самой высокой из известных (1974) Тк обладает соединение Nb3Ge, приготовленное по специальной технологии. Несмотря на то, что принципиальные причины возникновения сверхпроводимости твёрдо установлены, современная теория не даёт возможности рассчитать значения Тк или Нк для известных Сверхпроводники или предсказать их для нового сверхпроводящего сплава. Однако в результате накопления экспериментального материала был установлен ряд эмпирических закономерностей, позволяющий определить направление поисков сплавов с высокими Температура перехода сверхпроводящее состояние критическое магнитное поле для ряда металлов, полупроводников, сплавов и соединений
* Выше Тк: эти соединения полупроводники. 1 э = 79,6 а/м. Несмотря на то, что принципиальные причины возникновения сверхпроводимости твёрдо установлены, современная теория не даёт возможности рассчитать значения Тк или Нк для известных Сверхпроводники или предсказать их для нового сверхпроводящего сплава. Однако в результате накопления экспериментального материала был установлен ряд эмпирических закономерностей, позволяющий определить направление поисков сплавов с высокими Тк и Нк. Важнейшие из этих закономерностей, известные под названием правил Маттиаса (установлены Б. Т. Маттиасом, США, 1955), сводятся к следующему: наибольшая Тк наблюдается у сплавов с числом 2 валентных электронов на атом ~3, 5, 7, причём для каждого z предпочтительней свой тип кристаллической решётки. Кроме того, Тк растет с увеличением объёма и падает с ростом массы атома. По своим магнитным свойствам все Сверхпроводники разделяются на две группы: Сверхпроводники 1-го рода, для которых проникновение магнитного поля Н в сверхпроводник цилиндрической формы, расположенный вдоль поля, происходит скачком одновременно с появлением электрического сопротивления при Н ³Нк; Сверхпроводники 2-го рода, для которых проникновение продольного магнитного поля в аналогичных условиях начинается в значительно меньших полях (до появления сопротивления). Соответственно для Сверхпроводники 2-го рода различают нижнее критическое поле Нк1, при котором начинается проникновение магнитного поля, и верхнее критическое поле Нк2, при котором магнитное поле полностью проникает в объём Сверхпроводники, а электрическое сопротивление приобретает значение, характерное для нормального состояния. (В таблице для Сверхпроводники 2-го рода приведены значения Нк2.) Сверхпроводники 1-го рода являются все чистые сверхпроводящие металлы, за исключением V и Nb, и некоторые сплавы с низким содержанием одного компонента. Группа Сверхпроводники 2-го рода более многочисленна. Сюда относится большинство соединений с высокими Тк, таких как V3Ga, Nb3Sn, и сплавы с высоким содержанием легирующих примесей. Среди Сверхпроводники 2-го рода выделяют группу жёстких сверхпроводников. Для этих материалов характерно большое количество дефектов структуры (неоднородности состава, вакансии, дислокации и др.), которые возникают благодаря специальной технологии изготовления. В жёстких Сверхпроводники движение магнитного потока сильно затруднено дефектами и кривые намагничивания обнаруживают сильный гистерезис. По тем же причинам в этих материалах сильные постоянные электрические токи могут протекать без потерь, т. е. без сопротивления, вплоть до близких к Нк2 полей при любой ориентации тока и магнитного поля. Следует отметить, что в идеальном Сверхпроводники, полностью лишённом дефектов (к этому состоянию можно приблизиться в результате длительного отжига сплава), при любой ориентации поля и тока, за исключением продольной, сколь угодно малый ток будет сопровождаться потерями на движение магнитного потока уже при Н > Нк1. Нижнее критическое поле Нк1 обычно во много раз меньше Нк2. Поэтому именно жёсткие Сверхпроводники, у которых электрическое сопротивление практически равно нулю вплоть до очень сильных полей, представляют интерес с точки зрения технических приложений. Их применяют для изготовления обмоток магнитов сверхпроводящих и других целей. Существенным недостатком жёстких Сверхпроводники является их хрупкость, сильно затрудняющая изготовление из них проволоки или ленты для обмоток сверхпроводящих магнитов. Особенно это относится к соединениям с самыми высокими значениями Тк и Нктипа V2Ga, Nb3Sn, Pbi1,0Mo5,1S6. Изготовление сверхпроводящих магнитных систем из этих материалов представляет собой сложную технологическую задачу.
Лит.: Сверхпроводящие материалы. [Сб. ст.], пер. с англ., М., 1965; Металловедение сверхпроводящих материалов, М., 1969. И. П. Крылов. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||