Теория сверхпроводимости

Содержание

Слайд 2

Слайд 3

Хейке Каммерлинг-Оннес 1911 г. сопротивление ртути

Хейке Каммерлинг-Оннес

1911 г. сопротивление ртути

Слайд 4

Сопротивление постоянному току

Сопротивление постоянному току

Слайд 5

Сопротивление переменному току Порог поглощения ωc ≈ 4·kTc/

Сопротивление переменному току

Порог поглощения ωc ≈ 4·kTc/

Слайд 6

Эффект Мейсснера - Оксенфельда

Эффект Мейсснера - Оксенфельда

Слайд 7

Электродинамика идеальных проводников

Электродинамика идеальных проводников

Слайд 8

Слайд 9

Слайд 10

Слайд 11

Теория Лондонов

Теория Лондонов

Слайд 12

Слайд 13

Слайд 14

1) Критическая температура разрушения сверхпроводимости Tc составляет несколько Кельвинов, следовательно, тепловая

1) Критическая температура разрушения сверхпроводимости Tc составляет несколько Кельвинов, следовательно, тепловая

энергия kTc необходимая для разрушения взаимодействия электронов имеет порядок величины 10-4 –10-5 эВ.
2) Тоже значение энергии получается из частотной зависимости поглощения электромагнитных волн (Порог поглощения 1010 - 1011 Герц).
3) И, наконец, эту энергию можно получить из термодинамических соображений. Разница между свободными энергиями металла и сверхпроводника, приходящаяся на 1 см3, равна Hc2/8π. Подставляя в эту формулу типичное значение критического поля Hc=103 эрстед, мы получаем Hc2/8π ~ 105 эрг/см3. В одном кубическом сантиметре содержится ~1022 электронов, значит, на один электрон приходится энергия 10-17 эрг ~ 6х10-5 эВ.
Слайд 15

Электрон-фононное взаимодействие Фрёлиховское взаимодействие – 1950 г.

Электрон-фононное взаимодействие

Фрёлиховское взаимодействие – 1950 г.

Слайд 16

Куперовские пары Добавим 2 невзаимодействующих электрона Сфера Ферми Учтем взаимодействие электронов

Куперовские пары

Добавим 2 невзаимодействующих электрона

Сфера Ферми

Учтем взаимодействие электронов

Слайд 17

Куперовские пары В процессе рассеяния электроны взаимодействуют между собой и, если

Куперовские пары

В процессе рассеяния электроны взаимодействуют между собой и, если это

взаимодействие отвечает притяжению, то результирующая потенциальная энергия будет отрицательна.

За период времени, в течение которого происходит многократное рассеяние энергия двух электронов уменьшается на эту, усредненную по времени отрицательную потенциальную энергию. Величина этого уменьшения пропорциональна числу происходящих актов рассеяния - т.е. числу способов, которыми можно выбрать два члена из волновой функции Φ.

Слайд 18

Куперовские пары

Куперовские пары

Слайд 19

Куперовские пары Добавочная энергия 2-x e испытывающих Фрёлиховское рассеяние

Куперовские пары

Добавочная энергия 2-x e испытывающих Фрёлиховское рассеяние

Слайд 20

Учет взаимодействия 2 электронов дает выигрыш в энергии!!! Может быть нужно

Учет взаимодействия 2 электронов дает выигрыш в энергии!!!
Может быть нужно учесть

взаимодействие между большим количеством электронов, 3-мя, 4-мя, ….?
И мы получим еще больший выигрыш в энергии?
Слайд 21

БКШ Главное предположение этой теории заключается в том, что единственным существенным

БКШ

Главное предположение этой теории заключается в том, что единственным существенным для

сверхпроводимости взаимодействием является взаимодействие между двумя любыми электронами, которые образовали куперовскую пару. Влияние всех остальных электронов заключается лишь в том, что вследствие принципа Паули число состояний, в которые могут рассеиваться взаимодействующие пары, ограничено, поскольку некоторые из состояний уже заполнены.
Слайд 22

Мы можем рассматривать каждую пару как квазичастицу, подчиняющеюся статистике Бозе-Эйнштейна Вопрос:

Мы можем рассматривать каждую пару как квазичастицу,
подчиняющеюся статистике Бозе-Эйнштейна

Вопрос:
Могут ли

все электроны образовать пары?

Образование, каждой новой пары уменьшает полную энергию системы электронов

НЕТ!, потому что количество незаполненных
состояний (p,↑ -p↓) уменьшается с ростом количества пар

Соображения Купера можно применить к любой паре е вблизи уровня Ферми

Выигрыш в энергии ~ числу актов рассеяния в ед. времени

Слайд 23

Энергетическая щель Основное состояние сверхпроводника – идеальный газ Куперовских пар Элементарное

Энергетическая щель

Основное состояние сверхпроводника – идеальный газ Куперовских пар

Элементарное возбуждение это

разрушение одной К.П.

Появляется 2 электрона, в состояниях с импульсами p↑ ,
причем дополнительные состояния -p ↓ не заполнены
Т.е. в результате возбуждения уменьшается число состояний, в которые могут рассеиваться оставшиеся К.П.

Слайд 24

Состояния с током Внешнее электрическое поле добавляет всем электронам одинаковый импульс q Ток переносится парой e

Состояния с током

Внешнее электрическое поле
добавляет всем электронам
одинаковый импульс q

Ток переносится

парой e
Слайд 25

Сверхпроводники 1-го и 2-го рода

Сверхпроводники 1-го и 2-го рода

Слайд 26

Слайд 27

Слайд 28

Туннелирование

Туннелирование

Слайд 29

Эффекты Джозефсона ψ1(x) = α(x)·nc11/2·exp{i·ϕ1(x)} ψ2(x) = β(x)·nc21/2·exp{i·ϕ2(x)} I ∝ Im(ψ(x)∇ ψ(x)) ∝ nc11/2·nc21/2·sin(ϕ1(x)- ϕ2(x)).

Эффекты Джозефсона

ψ1(x) = α(x)·nc11/2·exp{i·ϕ1(x)}
ψ2(x) = β(x)·nc21/2·exp{i·ϕ2(x)}

I ∝ Im(ψ(x)∇ ψ(x)) ∝ nc11/2·nc21/2·sin(ϕ1(x)-

ϕ2(x)).
Слайд 30

Слайд 31

СКВИД - Superconducting Quantum Interference Device

СКВИД - Superconducting Quantum Interference Device