Оглавление

Введение___________________________________________________________________________________________________3

1. Глава 1. Температурная зависимость сопротивления металлов___5

2. Глава 2. Теория сверхпроводимости__________________________8

3. Глава 3. Эффекты Джозефсона. Сверхпроводники I и II рода___13

4. Глава 4. Энергетические щели. Высокотемпературная

сверхпроводимость_________________________________16

5. Глава 5. Применение сверхпроводимости__________________________________________________________________19

Библиография

Расчетно-графическая часть_____________________________23

Введение

Физика низких температур относится к числу весьма интенсивно развивающихся областей современной физики. Изучение свойств вещества при температуре близкой к абсолютному нулю (0⁰К или –273,16⁰С) началось с 1908 г. в лаборатории талантливого ученого Камерлинг-Онесса в Лейдене.

Исторические сведения

В 1911 году Гайке Камерлинг-Онесс открыл явление сверхпроводимости (superconduction), изучая зависимость сопротивления ртути от температуры. Оказалось, что при Т_К=4,2⁰ Kэлектрическое сопротивление ртути скачкомобращается в нуль. Т_К – температура сверхпроводящего перехода или критическая температура. Она зависит не только от химического состававещества, но и от структуры самого кристалла.Как выяснилось позднее, такое «сверхпроводящее» состояние при низких температурах наблюдается приблизительно у половины металлических элементов, большого числа металлических соединений, у ряда полупроводников и оксидов.

Почти полвека это явление оставалось загадкой. Развитие физики показало, что явления, наблюдаемые вблизи абсолютного нуля, могут быть объяснены только на основе квантовомеханических представлений. Микроскопическая теория сверхпроводимости была создана Дж. Бардином, Л. Купером и Дж. Шрифером только в 1957 г. и получила название теории БКШ. Идеи теории сверхпроводимости оказались важными для развития других областей, например, физики атомного ядра и астрофизики. Возникла новая область техники – прикладная сверхпроводимость. Эффект сверхпроводимости состоит в исчезновении электрического сопротивления приконечной, отличной от 0⁰К температуре Т_К. У сверхпроводников наблюдается резкая аномалия магнитных, тепловых и ряда других свойств.

Причины сопротивления

Электрическое сопротивление всех металлов и сплавов понижается при охлаждении. Причины сопротивления: ток представляет собой электроны проводимости, которые свободно движутся внутри вещества. Они описываются функцией Блоха. Электроны обладают волновыми свойствами, и их можно представить как плоскую волну, распространяющуюся в том же направлении. Металл имеет кристаллическую структуру, и его атомы образуют периодическую решетку, а плоская волна обладает свойством проходить через правильную периодическую структуру, не рассеиваясь по другим направлениям. Отсюда следует, что электрон способен проходить через идеальный кристалл без потери импульса в первоначальном направлении. То есть, если через идеальный кристалл пропустить ток, он будет распространяться без сопротивления. Однако любое нарушение периодичности кристалла будет рассеивать электронную волну, и приводить к появлению некоторого сопротивления. Периодичность решетки нарушается в результате двух причин:

1) При температуре больше нулевой атомы в узлах кристаллической решетки колеблются и при этом смещаются на различные расстояния относительно их положения равновесия.

2) Посторонние атомы или дефекты, распределенные случайным образом, также нарушают периодичность кристаллической решетки. Тепловые колебания, а также любые примеси или дефекты рассеивают движущиеся электроны проводимости и вызывают появление электрического сопротивления. Из сказанного следует, что сверхпроводимость является свойством не отдельных атомов, а представляет собой коллективный эффект, связанный со структурой всего образца.