розуміло, Оннес думав про загадку надпровідності, але тоді, у грудні 1913 року, йому залишалося тільки припускати: В«Ця робота повинна підняти покривало, яким тепловий рух при звичайних температурах закриває від нас внутрішній світ атомів і електронів ... З усіх областей фізики до нас приходять питання, очікують рішення від вимірювань при гелієвих температурах В».
2. Основні поняття.
Все це було таємницею для людей
і стало їм відкрито лише пізніше
Гете В«ФаустВ».
2.1. Кінцеві температури (критичні).
Досконалий конденсат, що охоплює всі електрони, здатні об'єднуватися в пари, може існувати тільки при абсолютному нулі. З підвищенням температури теплове збудження зрештою стає достатнім, щоб зруйнувати пари. Утворилися при цьому В«нормальніВ», незв'язні електрони стають тією руйнівною силою, яка знищує електронні пари. Вони псують і механізм притягання між електронами і тим самим послаблюють сили зв'язку між утворилися парами. Це веде у свою чергу до подальшого руйнування пар. А коли температура піднімається ще вище, руйнування набуває катастрофічного характеру: вище деякої певної температури вже жодна пара існувати не може. При цьому величина критичної температури Тк виявляється одного порядку з енергією спарювання. Основний кількісний результат теорії - це формула для критичної температури:
Тк = 1,14 h П…е -1/g
Тут е = 2,7; hП… - середня енергія фононів. По порядку величини рівної дебаєвської температурі Q; g - постійна, визначає силу тяжіння між електронами. Значення критичної температури тим вище, чим вище значення температури Дебая Q і параметра g.
Фонони у твердому тілі можуть мати обмежену енергію. Енергія фонона пропорційні його частоті П…, яка в свою чергу не перевищує значення П…max порядку 10 13 Гц. Це означає, що енергія фононів не перевищує кількох сотень градусів. Дійсно, Е СР max = HП… max ≈ 5.10 -23 Дж або в градусах (Е = kТ), Е СР max = HП…/k ≈ 500k (постійна планка h = 6,62 В· 10 -39 Дж В· с, постійна Больцмана k = 1,38 В· 10 -23 Дж/К). Таким чином дебаєвсьного температура Q зазвичай лежить в межах температур 100 ... 500К. що стосується параметра g, то для звичайних надпровідників, у яких роль посередника при спарюванні електронів виконує кристалічна решітка, g = 0,5 і, навіть кілька менше. Так ми приходимо до висновку, що максимальна критична температура не може перевершувати 30 ... 40К.
2.2. Критичний струм.
Ще в 1916р. американець Сільбіг висловив припущення, що надпровідність знищується таким значенням струму в провіднику, яке створює на поверхні надпровідника магнітне поле рівне критичного. При цьому абсолютно все одно яке поле на нього діє - Власне або прикладена зовнішнє. p> Розглянемо надпровідну дріт, по якій тече струм завдяки зовнішньому джерелу. Фізики називають цей струм струмом перенесення, тому що він переносить заряд по дроті. Якщо дріт знаходиться у зовнішньому магнітному полі, то виникло на поверхні провідника екранізує струми складаються з струмом перенесення і в кожній точці струм I можна розглядати як сумарний. Магнітне поле на поверхні такого дроту, через яку протікає струм I, визначається виразом У 0 = Ој 0 I 2ПЂr, де В 0 - Поле на поверхні; I - сумарний струм, r - радіус дроту, Ој 0 - магнітна постійна. При цьому не важливо , Збуджений струм або навіяний магнітним полем, щоб надпровідність в небудь точці збереглася, сумарний струм в неї не має перевищити критичну величину, притаманну даному матеріалу.
Якщо повний струм, поточний по надпровідники, досить високий, то щільність струму на поверхні досягає критичного значення і пов'язане з ним магнітне поле на поверхні стане рівним критичному. Очевидно, чим сильніше зовнішнє магнітне поле, тим менше струм переносу, який можна пропускати через надпровідник без виникнення в ньому опору.
Подивимося тепер, яким чином відбувається перехід надпровідника в нормальний стан при досягненні критичної сили струму.
Якщо струм тече по надпровідники в присутності зовнішнього магнітного поля, то тут все залежить від того, як розподілені в просторі силові лінії власного або зовнішнього магнітних полів. Якщо ж зовнішнє магнітне поле відсутня, то можна припустити, що при струмі Ік в нормальний стан переходить лише зовнішній циліндричний шар дроту, а її серцевина- центральна частина - залишається надпровідної. Однак це виявляється неможливим.
Ток вибирає шлях найменшого опору і, природно, буде протікати по серцевині дроту, а не по зовнішньому циліндричному шару. Але, як відомо, індукція магнітного поля обернено пропорційна радіусу області, в якій йде струм. Ось і виходить, що в цент...
