Лекции для студентов

Физика полупроводников. Лекция 4

§14. Основные свойства сверхпроводящего состояния твердых тел.

В 1911 г. голландский физик Камерлинг — Оннсс обнаружил, что сопротивление ртути при скачком падает до нуля, т.е. ртуть перестала оказывать сопротивление электрическому току. Это явление было названо идеальной или сверхпроводимостью. Она обнаружена у более 100 веществ: в чистых металлах (Hg, Al, Ta, Sn, Pb, Nb), в интер — металлических сплавах (Ni-Ti, Ni-Ti-Sr), в вырожденных полупроводниках (GeTe, SnTe, SrTiO₃), в некоторых полимерах, в некоторых полимерах. Температура, при которой сопротивление проводника скачком падает до нуля (не плавно) называется критической температурой сверх проводника.

Удельное сопротивление проводников в сверхпроводящем состоянии меньше . У металлов . С 1986 г. появились сообщения о обнаружении высокотемпературной сверхпроводимости у некоторых типов керамик, у которых . В 1992 г. была синтезирована керамика, состоящая из окислов меди, стронция и кальция, у которой .

Следует учитывать, что идеальная кристаллическая решетка металлов при температуре не должна рассеивать электроны, следовательно, сопротивление таких металлов должно падать до нуля, но это не есть сверхпроводящее состояние. Во первых, сверхпроводимость не зависит от наличия дефектов; во вторых, у сверхпроводников сопротивление падает скачком до нуля; в третьих сверхпроводники обладают еще одним важным свойством — идеальным диамагнетизмом, т.е. в слабых магнитных полях магнитная проницаемость равна нулю , т.е. в сверхпроводящем состоянии магнитное поле выталкивается из толщины проводника. Этот эффект называется явлением Мейснера — Оксенфенцда. Однако если поле большое некоторой критической волны , то оно проникает в толщину сверхпроводника и разрушает сверхпроводящее состояние при . Чем ниже температура тем выше (смотри рисунок). Явление Мейснера — Оксенфенцда объясняется тем, что при помещении сверхпроводника в слабое магнитное поле в нем возникает незатухающий круговой ток в тонком приповерхностном слое толщиной . Этот ток имеет такую величину, что его поле полностью компенсирует внешнее магнитное поле, если , то поле проникает в толщину проводника, и индуцируемый им ток имеет такую величину, что разрушает сверхпроводимость.