сверхпроводники

СВЕРХПРОВОДНИКИ - вещества, у к-рых при охлаждении ниже определённой критич. темп-ры Т_с электрич. сопротивление падает до нуля, т. е. наблюдается сверхпроводимость .За исключением благородных (Си, Ag, Au, Pt), щелочных (Li, Na, К и др.), щёлочноземельных (Be, Mg и др.) и ферромагнитных (Fe, Co, Ni) металлов, б. ч. остальных металлич. элементов является С. (см. табл. в ст. Металлы ).Элементы Si, Ge, Bi, Те становятся С. при охлаждении под давлением. Переход в сверхпроводящее состояние обнаружен у неск. сотен металлич. сплавов и соединений и у нек-рых сильнолегированных полупроводников. Ряд сверхпроводящих сплавов состоит из компонент, не являющихся С. Открыты органические сверхпроводники и полимеры, напр. (SN)_X, Т_с = 0,34 К. По величине Т_св 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. Оксидные высокотемпературные сверхпроводники).

Наряду с потерей сопротивления важнейшим свойством С. является вытеснение магн. поля из массивного образца (Мейснера эффект ).В силу этого все С. являются диамагнетиками .Слабое магн. поле проникает лишь в 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 образца и восстановление сопротивления происходят в определённом критич. поле Н_с. ПриС. 1-го рода переходит в нормальное - несверхпроводящее состояние. В С. 2-го рода проникновение магн. поля (в виде вихревых нитей, т. е. вихрей сверхпроводящего тока, каждый из к-рых несёт квант магнитного потока)начинается в ниж. критич. поле Н_С1 и заканчивается в верхнем Н_С2. Электрич. сопротивление восстанавливается в осн. вблизи Н_С2. При вещество становится полностью нормальным (см. также Критическое магнитное поле, Сверхпроводники первого рода. Сверхпроводники второго рода, Решётка вихрей Абрикосова).

С ростом темп-ры значения всех критич. магн. полей монотонно падают и обращаются в нуль при Т = Т_с. Макс. значения Н_с = Н₀ (или Н_С2 = Н₀), определённые из эксперим. данных путём экстраполяции к Т = 0, для нек-рых С. приведены в табл.

Предельная величина постоянного электрич. тока, протекающего в С. без диссипации энергии, наз. критическим током I_С. В массивном С. 1-го рода величина I_С определяется током, создающим на 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 низким содержанием одного компонента являются С. 1-го рода. Группа С. 2-го рода гораздо 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 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 .В этих материалах сильные сверхпроводящие токи (плотностью до 10⁵ - 10⁶ А/см²) могут протекать вплоть до полей, близких к верхнему критич. полю Н_С2 при любой ориентации тока и магн. поля. В идеальном С. 2-го рода, полностью лишённом дефектов (к этому состоянию можно приблизиться в результате длительного 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 > Н_С1. Такие С. 2-го рода наз. мягкими. Значение Н_С1 обычно во много раз меньше Н_С2. 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 сверхпроводящих магнитов и др. целей. Существ. недостатком жёстких С. является их хрупкость, сильно затрудняющая изготовление из них проволок или лент. Особенно это относится к классич. соединениям с самыми высокими значениями Т_С и Н_С типа V₃Ga, Nb₃Sn, PbMo₆S₈. Изготовление сверхпроводящих магн. систем из этих материалов - сложная технол. задача.

Огромные значения критич. полей Н₀ для ВТСП, определённые путём экстраполяции результатов измерений при высоких темп-pax, открывают принципиально 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.

   <<      Предметный указатель      >>