на поверхні зразка критичної напруженості магнітного поля. У разі довгої прямолінійною дроту круглого перерізу радіуса r граничний струм визначається формулою
. (8.3)
Оскільки в надпровідних елементах струм проходить в тонкому поверхневому шарі, середня щільність струму, віднесена до всього поперечному перерізу, зменшується зі збільшенням діаметра дроту. Для надпровідників II роду співвідношення (8.3) не виконується і зв'язок між Iсв і IIСВ носить більш складний характер.
Сверхпроводящие матеріали. Явище надпровідності при кріогенних температурах досить широко поширене в природі. Надпровідністю володіють 26 металів. Більшість з них є сверхпроводниками I роду з критичними температурами переходу нижче 4,2 К. У цьому полягає одна з причин того, що більшість надпровідних металів для електротехнічних цілей застосувати не вдається. Ще 13 елементів проявляють надпровідні властивості при високих тисках. Серед них такі напівпровідники, як кремній, германій, селен, телур, сурма та ін. Слід зауважити, що надпровідністю не володіють метали, які є найкращими провідниками в нормальних умовах. До них відносяться золото Au, мідь Cu, срібло Ag. Мале опір цих матеріалів вказує на слабку взаємодію електронів з гратами. Таке слабка взаємодія не створює поблизу абсолютного нуля достатнього межелектронного тяжіння, здатного подолати кулонівське відштовхування. Тому й не відбувається їх перехід в надпровідний стан.
Крім чистих металів надпровідністю володіють багато интерметаллические з'єднання і сплави. Загальна кількість найменувань відомих у даний час надпровідників складає близько 2000. Серед них найвищими критичними параметрами володіють сплави і сполуки ніобію Nb (таблиця 8.1 і таблиця 8.2). Деякі з них дозволяють використовувати для досягнення надпровідного стану замість рідкого гелію дешевший холодоагент - рідкий водень [2, С.72].
Незважаючи на те, що принципові причини виникнення надпровідності твердо встановлені, сучасна теорія не дає можливості розрахувати значення Тк або Нк для відомих надпровідників або передбачити їх для нового надпровідного сплаву. Однак ряд емпіричних закономірностей - правил Маттіаса (1955) - дозволяє визначити напрямок пошуків сплавів з високими Тк і Нк.
Таблиця 8.1 - Відмінні особливості надпровідників
МатеріалТСВ, К? 0 НСВ1 (0), Тл? 0 НСВ2 (0), ТлJДОU (0), А/м2Отлічітельние особенностіV3Ga14,80,6211,6 · 109Удовлетворітельние механічні свойстваV3Si17,00,6223, 42 · 109То жеNb3Sn18,30,5424,52,4 · 109Високая щільність струму, технологічностьNb3Ga20,3-34,0-Висока температура переходу, технологічностьNb3Gе21-24,3-37,0109Наіболее висока температура переходу
Таблиця 8.2 - Значення критичних параметрів надпровідників
ВеществоКрітіческая температура ТК, ККрітіческое поле Н0, ЕСверхпроводнікі 1-го родаСвинец7,2800Тантал4,5830Олово3,7310Алюминий1,2100Цинк0,8853Вольфрам0,011.0Ниобий9,254000Сплав НТ - 50 (Ni-Ti-Zr) 9,7100000Сплав Ni-Ti9,8100000V3Ga14,5350000Nb3Sn18,0250000Сверхпроводнікі 2-го родаPbMo4S8 ~ 600000Nb3Ge23 ± GeTe * 0,17-SrTiO30,2-0,4130
Всі интерметаллические з'єднання і сплави відносяться до надпровідників II роду. Однак поділ речовин по їх надпровідним властивостям на два види не є абсолютним. Будь надпровідник I роду можна перетворити в надпровідник II роду, якщо створити в ньому достатню концентрацію дефектів кристалічної решітки. Наприклад, у чистого олова ТСВ=3,7 К, але якщо викликати в олові різко неоднорідну механічну деформацію, то критична температура зросте до 9 К, а критична напруженість магнітного поля збільшиться в 70 разів.
Надпровідність ніколи не спостерігається в системах, в яких існує ферро- або антиферомагнетизм. Утворенню надпровідного стану в напівпровідниках перешкоджає мала концентрація вільних електронів. Однак у матеріалах з великою діелектричною проникністю сили кулонівського відштовхування між електронами значною мірою ослаблені. Тому деякі з них також виявляють властивості надпровідників при низьких температурах. Прикладом може служити титанат стронцію (SrTiO3), що відноситься до групи сегнетоелектриків. Ряд напівпровідників вдається перевести в надпровідний стан добавкою великій концентрації легуючих домішок (GeTe, SnTe, CuS та ін.).
В даний час промисловість випускає широкий асортимент надпровідних дротів і стрічок для самих різних цілей. Виготовлення таких провідників пов'язано з великими технологічними труднощами. Вони обумовлені поганими механічними властивостями багатьох надпровідників, їх низьку теплопровідність і складною структурою проводів. Особливо великою крихкістю відрізняються интерметаллические сполуки з високими критичними параметрами. Тому замість простих дротів і стрічок доводиться створювати композиції з двох (зазвичай надпровідник з міддю) і навіть декількох металів. Для отримання...
