Supravadītspējas fizika

Pārejas temperatūra

Lielākajai daļai zināmo supravadītāju pārejas temperatūra ir no 1 K līdz 10 K. No ķīmiskajiem elementiem volframa pārejas temperatūra ir zemākā (0,015 K), bet niobija - augstākā, 9,2 K. Pārejas temperatūra parasti ir ļoti jutīga pret magnētisko piemaisījumu klātbūtne. Piemēram, dažas miljonās mangāna daļas cinkā ievērojami pazemina pārejas temperatūru.

Īpatnējā siltuma un siltuma vadītspēja

Supravadītāja siltuma īpašības var salīdzināt ar viena un tā paša materiāla īpašībām tādā pašā temperatūrā normālā stāvoklī. (Materiālu var piespiest normālā stāvoklī zemā temperatūrā ar pietiekami lielu magnētisko lauku.)

Kad sistēmā ievada nelielu siltuma daudzumu, daļa enerģijas tiek izmantota režģa vibrāciju palielināšanai (daudzums, kas ir vienāds sistēmai normālā un supravadītā stāvoklī), bet pārējais tiek izmantots, lai palielinātu vadīšanas elektronu enerģija. Elektronu elektronu īpatnējais siltums (C _e) ir definēts kā elektronu izmantotās siltuma daļas attiecība pret sistēmas temperatūras paaugstināšanos. Elektronu īpatnējais karstums supravadītājā mainās atkarībā no absolūtās temperatūras (T) normālā un supravadītāja stāvoklī (kā parādīts 1. attēlā). Elektroniskais īpatnējais karstums supravadītājā stāvoklī (apzīmēts ar C _es) ir mazāks nekā normālā stāvoklī (apzīmēts ar C _en) pietiekami zemā temperatūrā, bet, tuvojoties pārejas temperatūrai T _c, C _es kļūst lielāks par C _en, kurā brīdī klasiskajiem supravadītājiem tas pēkšņi pazeminās līdz C _lv, lai gan līknei ir saspringta forma tuvu T _c augstiem T _c supravadītājiem. Precīzi mērījumi liecina, ka temperatūrās, kas ir ievērojami zemākas par pārejas temperatūru, elektroniskā īpatnējā siltuma logaritms ir apgriezti proporcionāls temperatūrai. Šī temperatūras atkarība, kā arī statistiskās mehānikas principi, stingri norāda, ka supravadītājā elektroniem pieejamo enerģijas līmeņu sadalījumā ir nepilnības, tāpēc katra elektrona ierosināšanai no stāvokļa zemāk ir nepieciešama minimālā enerģija. plaisa līdz stāvoklim, kas pārsniedz plaisu. Daži no augstiem T _c supravadītājiem nodrošina papildu ieguldījumu īpatnējā siltumā, kas ir proporcionāls temperatūrai. Šī uzvedība norāda, ka ir elektroniski stāvokļi, kuru enerģija ir zema; papildu pierādījumus par šādiem stāvokļiem iegūst no optiskajām īpašībām un tuneļa mērījumiem.

Siltuma plūsma parauga laukuma vienībā ir vienāda ar siltumvadītspējas (K) un temperatūras gradienta △ T reizinājumu: J _Q = -K △ T, mīnus zīme norāda, ka siltums vienmēr plūst no siltāka uz aukstāku reģionu. viela.

Siltumvadītspēja normālā stāvoklī (K _n) tuvojas siltumvadītspējai supravadīšanas stāvoklī (K _s), kad temperatūra (T) tuvojas pārejas temperatūrai (T _c) visiem materiāliem, neatkarīgi no tā, vai tie ir tīri vai netīri. Tas liek domāt, ka enerģijas starpība (Δ) katram elektronam tuvojas nullei, kad temperatūra (T) tuvojas pārejas temperatūrai (T _c). Tas ņemtu vērā arī faktu, ka elektroniski īpatnējais siltums supravadītājā (C _es) ir augstāks nekā normālā stāvoklī (C _en) pārejas temperatūras tuvumā: kad temperatūra tiek paaugstināta pret pārejas temperatūru (T _c), enerģijas sprauga supravadītājā stāvoklī samazinās, palielinās termiski ierosināto elektronu skaits, un tas prasa siltuma absorbciju.