СВЕРХПРОВОДНИКИ

СВЕРХПРОВОДНИКИ

       

вещества, у к-рых при охлаждении ниже определённой критич. темп-ры Тк электрич. сопротивление падает до нуля, т. е. наблюдается сверхпроводимость. За исключением Cu, Ag, Au, Pt, щелочных (Li, Na, К и др.), щёлочноземельных (Са, Sr, Ba, Ra) и ферромагнитных (Fe, Co, Ni и др.) металлов, большая часть остальных металлич. элементов явл. С. ((см. МЕТАЛЛЫ) табл. в ст. ). Элементы Si, Ge, Bi становятся С. при охлаждении под давлением. Переход в сверхпроводящее состояние обнаружен также у неск. сот металлич. сплавов и соединений и у нек-рых сильнолегированных ПП. У ряда сверхпроводящих сплавов отд. компоненты или даже все компоненты сами по себе не явл. С. Открыты С.— полимеры (так, у полимера, состоящего из поочерёдно расположенных атомов S и N, Тк »0,34 К). Значения Тк почти для всех известных С. лежат в диапазоне темп-р существования жидкого водорода и жидкого гелия (темп-ра кипения водорода Tкип=20,4 К).

Другой важнейший параметр, характеризующий св-ва С.,— значение критического магнитного поля Нк, выше к-рого С. переходит в нормальное (несверхпроводящее) состояние. С ростом темп-ры значение Hк монотонно падает и обращается в нуль при Т ?Тк. Макс. значение Hк=H0, определённое из эксперим. данных путём экстраполяции к нулю абс. температурной шкалы, для ряда С. приведено в таблице.

Несмотря на то что принципиальные причины возникновения сверхпроводимости твёрдо установлены, совр. теория не даёт возможности рассчитать значения Тк или Hк для известных С. или предсказать их для нового сверхпроводящего сплава. Однако ряд эмпирич. закономерностей — правил Маттиаса (1955) — позволяет определить направление поисков сплавов с высокими Тк и Нк : наибольшая Тк наблюдается у сплавов с числом z валентных эл-нов равным 3, 5, 7 на атом, причём для каждого z предпочтительней свой тип крист. решётки. Кроме того, Тк растёт с увеличением объёма и падает с ростом массы атома.

По магн. св-вам С. разделяются на две группы: С. 1-го и 2-го рода. С. 1-го рода явл. все чистые сверхпроводящие металлы, за исключением V и Nb, и нек-рые сплавы с низким содержанием одного компонента. Группа С. 2-го рода более многочисленна. Сюда относится большинство соединений с высокими Тк, такие, как V3Ga, Nb3Sn, и сплавы с высоким содержанием легирующих примесей.

Среди С. 2-го рода выделяют группу т. н. жёстких С. Для них характерно большое кол-во дефектов структуры (неоднородности состава, вакансии, дислокации и др.), к-рые возникают благодаря спец. технологии изготовления. В жёстких С. движение магн. потока сильно затруднено дефектами и кривые намагничивания обнаруживают сильный гистерезис. По тем же причинам в этих материалах сильные сверхпроводящие токи могут протекать вплоть до полей, близких к верхнему критич. полю Hк, 2 при любой ориентации тока и магн. поля. Следует отметить, что в идеальном С., полностью лишённом дефектов (к этому состоянию можно приблизиться в результате длит. отжига сплава), при любой ориентации поля и тока, за исключением продольной, сколь угодно малый ток будет сопровождаться потерями на движение магн. потока уже при Н>Нк. 1 (Hк, 1 — нижнее критич. поле). Значение Hк. 1 обычно во много раз меньше Нк, 2. Поэтому именно жёсткие С., у к-рых электрич. сопротивление практически равно нулю вплоть до очень сильных полей, представляют интерес с точки зрения техн. приложений. Их применяют для изготовления обмоток магнитов сверхпроводящих и др. целей. Существенным недостатком жёстких С. явл. их хрупкость, сильно затрудняющая изготовление из них проволок или лент. Особенно это относится к соединениям с самыми высокими значениями Tк и Нк типа V3Ga, Nb3Sn, PbMo6S8; изготовление сверхпроводящих магн. систем из этих материалов — сложная технологич. задача.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

СВЕРХПРОВОДНИКИ

- вещества, у к-рых при охлаждении нижеопределённой критич. темп-ры Т _с электрич. сопротивлениепадает до нуля, т. е. наблюдается сверхпроводимость. За исключениемблагородных (Си, Ag, Au, Pt), щелочных (Li, Na, К и др.), щёлочноземельных(Be, Mg и др.) и ферромагнитных (Fe, Co, Ni) металлов, б. ч. остальныхметаллич. элементов является С. (см. табл. в ст. Металлы). ЭлементыSi, Ge, Bi, Те становятся С. при охлаждении под давлением. Переход в сверхпроводящеесостояние обнаружен у неск. сотен металлич. сплавов и соединений и у нек-рых сильнолегированных полупроводников. Ряд сверхпроводящих сплавовсостоит из компонент, не являющихся С. Открыты органические сверхпроводники и полимеры, напр. (SN)_X, Т _с =0,34 К. <По величине Т _с в силу историч. причин С. делятся на классические, <у к-рых Т _с< 30 К, и высокотемпературные С. (ВТСП)с характерными значениями Т _с~ 100 К (см. Оксидныевысокотемпературные сверхпроводники).

Наряду с потерей сопротивления важнейшим свойством С. является вытеснениемагн. поля из массивного образца ( Мейснера эффект). В силу этоговсе С. являются диамагнетиками. Слабое магн. поле проникает лишьв тонкий поверхностный слой и менее. По своему поведению в магн. поле С. делятся на две группы: С.1-го и 2-го рода. В С. 1-го рода проникновение магн. поля в глубь образцаи восстановление сопротивления происходят в определённом критич. поле Н _с. При С.1-го рода переходит в нормальное - несверхпроводящее состояние. В С. 2-города проникновение магн. поля (в виде вихревых нитей, т. е. вихрей сверхпроводящеготока, каждый из к-рых несёт квант магнитного потока )начинаетсяв ниж. критич. поле Н _С1 и заканчивается в верхнем Н _С2.Электрич. сопротивление восстанавливается в осн. вблизи Н _С2.При веществостановится полностью нормальным (см. также Критическое магнитное поле, <Сверхпроводники первого рода. Сверхпроводники второго рода, Решётка вихрейАбрикосова).

С ростом темп-ры значения всех критич. магн. полей монотонно падаюти обращаются в нуль при Т = Т _с. Макс. значения Н _с= Н ₀ (или Н _С2 = Н ₀), определённые из эксперим. данных путём экстраполяции к Т = 0,для нек-рых С. приведены в табл.

Предельная величина постоянного электрич. тока, протекающего в С. бездиссипации энергии, наз. критическим током I _С. В массивномС. 1-го рода величина I _С определяется током, создающимна поверхности С. поля Н _С. В С. 2-го рода значение I _С определяется образованием и движением вихревых токов.

Все чистые металлы, за исключением V и Nb, и нек-рые сплавы с низкимсодержанием одного компонента являются С. 1-го рода. Группа С. 2-го родагораздо многочисленнее. Сюда относятся классические С. с высокими значениями Т _с и ВТСП.

Среди С. 2-го рода выделяют группу т. н. жёстких С. Для них характернобольшое кол-во дефектов структуры (неоднородности состава, вакансии, <дислокации и др.), к-рые возникают благодаря спец. технологии изготовления. <В жёстких С. движение магн. потока сильно затруднено дефектами и кривые намагничивания обнаруживают сильный гистерезис. В этих материалахсильные сверхпроводящие токи (плотностью до 10⁵ - 10⁶ А/см ²) могут протекать вплоть до полей, близких к верхнему критич. <полю Н _С2 при любой ориентации тока и магн. поля. В идеальномС. 2-го рода, полностью лишённом дефектов (к этому состоянию можно приблизитьсяв результате длительного отжига сплава), при любой ориентации поля и тока, <за исключением продольной, сколь угодно малый ток будет сопровождатьсяпотерями на движение магн. потока уже при Н > Н _С1. ТакиеС. 2-го рода наз. мягкими. Значение Н _С1 обычно во многораз меньше Н _С2. Поэтому именно жёсткие С., у к-рых электрич. <сопротивление практически равно нулю вплоть до очень сильных полей, представляютинтерес с точки зрения техн. приложений. Их применяют для изготовленияобмоток сверхпроводящих магнитов и др. целей. Существ. недостаткомжёстких С. является их хрупкость, сильно затрудняющая изготовление из нихпроволок или лент. Особенно это относится к классич. соединениям с самымивысокими значениями Т _С и Н _С типа V₃Ga,Nb₃Sn, PbMo₆S₈. Изготовление сверхпроводящихмагн. систем из этих материалов - сложная технол. задача.

Огромные значения критич. полей Н ₀ для ВТСП, определённыепутём экстраполяции результатов измерений при высоких темп-pax, открываютпринципиально новые перспективы использования этих материалов, однако техн. <проблемы, связанные с их применением, ещё не решены.

Лит.: Сверхпроводящие материалы. Сб. ст., пер. с англ., М., 1965;Металловедение сверхпроводящих материалов, М., 1969; Физико-химия сверхпроводников, <М., 1976; Высокотемпературные сверхпроводники, пер. с англ., М., 1988. И. П. Крылов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.