Nadprzewodniki
Nadprzewodniki - Nowa Era
Nadprzewodniki - Nowa Era
- No tags were found...
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Nadprzewodniki</strong>
Zamiast przewodnika z miedzi o bardzo dużych<br />
rozmiarach możemy zastosowad niewielki<br />
nadprzewodnik niobowo-tytanowy
Właściwości fizyczne nadprzewodników<br />
Podstawową cechą charakteryzującą nadprzewodniki jest<br />
spadek do zera ich oporu elektrycznego (rezystancji) poniżej<br />
pewnej temperatury, nazywanej temperaturą krytyczną.<br />
Temperatura ta zależy od rodzaju (składu chemicznego i<br />
struktury) materiału, a także od czynników zewnętrznych –<br />
ciśnienia i pola magnetycznego.<br />
Drugim charakterystycznym dla nadprzewodników efektem<br />
jest wypychanie z materiału pola magnetycznego,<br />
zwane efektem Meissnera (w nadprzewodnikach pierwszego<br />
rodzaju), lub skupianie pola magnetycznego w "wiry" (w<br />
nadprzewodnikach drugiego rodzaju).
Lewitujące magnesy
Rodzaje nadprzewodników<br />
Na podstawie różnych kryteriów można wydzielid różne grupy nadprzewodników:<br />
Ze względu na właściwości fizyczne:<br />
– nadprzewodniki I rodzaju, w których przy określonym krytycznym polu<br />
magnetycznym B C dochodzi do zniszczenia stanu nadprzewodzącego,<br />
– nadprzewodniki II rodzaju, w których przy określonym polu<br />
magnetycznym B C1 dochodzi do wnikania pola magnetycznego do nadprzewodnika i<br />
utworzenia stanu mieszanego, a powyżej pola B C2 zachodzi zniszczenie stanu<br />
nadprzewodzącego.<br />
Ze względu na skład chemiczny i budowę:<br />
– niektóre pierwiastki (na przykład rtęd, kadm, ołów, cynk, cyna, glin, iryd, platyna), inne<br />
przechodzą w stan nadprzewodnictwa tylko pod bardzo wysokim ciśnieniem (na<br />
przykład tlen, fosfor, siarka, german, żelazo, lit) lub w postaci cienkich warstw<br />
(wolfram, beryl, chrom); jeszcze innych nie dało się jak dotychczas przeprowadzid w<br />
stan nadprzewodnictwa (na przykład srebro, miedź, złoto, gazy szlachetne, wodór),<br />
– stopy i związki międzymetaliczne, takie jak na przykład NbTi,<br />
– związki organiczne, w tym odmiany alotropowe węgla<br />
– tlenkowe związki miedzi i żelaza o strukturze perowskitu zarówno w postaci ceramik,<br />
jak i monokrysztalół.
Ze względu na stosowaną metodę opisu:<br />
– nadprzewodniki konwencjonalne, które dają się dobrze opisad teorią<br />
BCS,<br />
– nadprzewodniki niekonwencjonalne, które jeszcze nie posiadają<br />
ogólnie akceptowanej teorii tłumaczącej w zadowalający sposób ich<br />
właściwości.<br />
Ze względu na temperaturę przejścia w stan nadprzewodnictwa:<br />
– nadprzewodniki niskotemperaturowe, o temperaturze przejścia w<br />
stan nadprzewodnictwa poniżej temperatury ciekłego azotu (77 K),<br />
– <strong>Nadprzewodniki</strong> wysokotemperaturowe, o temperaturze przejścia w<br />
stan nadprzewodnictwa powyżej temperatury ciekłego azotu.<br />
Niegdyś nazywano tak ceramiczne półprzewodniki tlenkowe, ale<br />
wobec odkrywania nowych grup materiałów nadprzewodzących taka<br />
konwencja przestała byd używana.<br />
Istnieje grupa nadprzewodników ferromagnetycznych, na<br />
przykład UGe 2 , URhGe.
Historia<br />
Zjawisko nadprzewodnictwa zostało wykryte w 1911 przez Heike<br />
Kamerlingha Onnesa podczas szeroko zakrojonych badao właściwości<br />
materiałów w niskich temperaturach w zorganizowanym przez niego<br />
laboratorium kriogenicznym w Lejdzie. Do badao wykorzystano rtęd,<br />
gdyż stosunkowo łatwo było ją otrzymywad w stanie o bardzo dużej<br />
czystości. W trakcie pomiarów jej oporu elektrycznego w temperaturze<br />
4,2 K zaobserwowano jego spadek o wiele rzędów wielkości. Za to<br />
odkrycie otrzymał nagrodę Nobla w 1913.<br />
• W 1913 w laboratorium w Lejdzie skonstruowano magnes<br />
nadprzewodzący, wytwarzający duże pola magnetyczne. Wykryto przy<br />
tym czułośd zjawiska nadprzewodnictwa na pole magnetyczne.<br />
• W 1933 niemieccy fizycy Fritz Meissner i Robert Ochsenfeld odkryli efekt<br />
wypychania pola magnetycznego z nadprzewodnika.<br />
• W 1935 roku bracia Fritz i Heinz Londonowie zaproponowali<br />
fenomenologiczny model nadprzewodnika opisujący zanik oporu<br />
elektrycznego oraz zjawiska Meissnera.
• W 1950 roku dwie niezależne grupy wykryły efekt izotopowy - zależnośd<br />
temperatury przejścia w stan nadprzewodnictwa od liczby masowej izotopu.<br />
Nasunęło to wniosek, że efekt nadprzewodnictwa zależy nie tylko od nośników<br />
ładunku, ale także od właściwości jonów sieci krystalicznej .<br />
• W 1952 Witalij Ginsburg zaproponował do wyjaśnienia procesu<br />
nadprzewodnictwa koncepcję łączenia się elektronów w grupy o parzystej liczbie.<br />
• W 1957 John Berden, Leon Cooper i John Shrieffer stworzyli teorię BCS,<br />
wyjaśniającą mechanizm powstania zjawiska nadprzewodnictwa. W 1972<br />
otrzymali za to osiągnięcie nagrodę Nobla.<br />
• W 1973 Leo Esaki, Ivar Giaever, Brian D. Josephson otrzymali nagrodę Nobla za<br />
prace dotyczące zjawisk tunelowych w nadprzewodnikach.<br />
• W 1986 Georg Bednorz i Alex Muller odkryli w tlenkowym związku Ba-La-Cu-O<br />
nadprzewodnictwo w temperaturze krytycznej 35 K. Otrzymali za to nagrodę<br />
Nobla w 1987.<br />
• W 2003 Alexei A. Abrikosov, Vitaly L. Ginzburg, Anthony J. Leggett otrzymali<br />
nagrodę Nobla za pionierski wkład w teorię nadprzewodnictwa i nadściekłości.
<strong>Nadprzewodniki</strong> wykorzystane w LHC
Wykonali:<br />
• Tomasz Antosiak<br />
• Krzysztof Szufa