Michal a Tom Odstril SUPRAVODIVOST Obsah Historie Supravodie

Michal a Tomáš Odstrčil SUPRAVODIVOST

Obsah � Historie � Supravodiče I. a II. Typu � Zajímavé vlastnosti � BCS teorie � Vysokoteplotní supravodivost � Speciální typy supravodičů � Experiment

Historie Objevitel je H. K. Onnese Zkapalnil helium • Teplota varu He 4, 23 K Objev supravodivosti roku 1911 Pozorována u rtuti při 4, 26 K Časem objeveny supravodiče s vyšší TC Objev La. Ba. Cu. O (35 K) a YBa. Cu. O (92 K)

Historie

Základní pojmy � Kritická teplota (Tc) � Kritické magnetické pole(Bc) �Empirický vzorec závislosti na teplotě

Základní rozdělení � Supravodiče I. typu � Supravodiče II. typu �Supravodiče vysokoteplotní Smíšený stav

Supravodiče I. typu � Jsou to kovy nebo polokovy � Nemají prakticky žádné využití � Velmi nízké přechodové teploty � Nízké kritické magnetické pole � Dokonalá diamagnetika Supravodiče I. typu Hg 4, 154 K In 3, 403 5 K Pb 7, 196 K V 5, 40 K Zn 7, 86 K P 14 -24 K při 250 GPa

Supravodiče II. typu � Existence předpovězena BCS teorií � Přechodový stav �Magnetické víry vnikající do supravodiče � Výhody �Lze z nich vyrobit dráty a cívky �Vyšší BC a TC � Nevýhody �Musí se chladit kapalným He Supravodiče II. typu Nb 3 Sn 18 Nb 3 Al 18, 7 Nb 3 Ge 23, 2 Nb 0, 16 Al 0, 64 Ge 0, 2 20, 7 Nb 3 Al 0, 75 Ge 0, 25 18, 5 Nb-Ti 8 - 10

Pronikání magnetického pole � Závislost magnetické indukce na hloubce �λ je hloubka průniku � Závislost � λ(0) λ na teplotě je běžně 50 – 100 nm �Srovnatelné s velikostí buňky krystalu

Meissnerův efekt � Součást 99% demonstrací � Dokonalé diamagnetikum � Levitace �Magnetickou indukcí �Zamrzání magnet. siločar

Základní pojmy k BCS � Fonony �Kvazičástice � � Fermiony Bosony �Celočíselný spin �Nesplňují Pauliho vylučovací princip �Mezony, fotony, gluony � Antiferomagnetismus �Energeticky výhodnější je opačná orientace sousedních spinů

Nápady vedoucí k BCS teorii � Cosi brání přechodu nosičů náboje do nesupravodivého stavu � Tepelná energie umožňuje překonat zakázané pásmo � TC je závislá na hmotnosti izotopu �Interakce s krystal. mřížkou � Nosiči náboje nejsou fermiony � Elektrony se nemohly ztratit

BCS teorie � John Bardeen, Leon Cooper, John Robert Schrieffer (1957) � Elektron-fononová interakce �U normálních vodičů způsobuje odpor �U supravodičů páruje elektrony do Cooperových párů � Podmínky párování elektronů �Dostatečně malý rozdíl energií �Opačně orientovaný spin a hybnost � Supratekutost, magnetary

Cooperovy páry Spojení elektronů fononovou interakcí � Bosony, celočíselný spin � Při TC překonají elektrony Fermiho mez � Koherentní chování � Supravodivost, důsledek koherence � Fotonová interakce Fononová interakce

Vysokoteplotní supravodiče HTS Objev roku 1986 � Keramiky s šupinkovitou strukturou � Nosiče náboje jsou opět Cooperovy páry � Vážou se na jiném principu � Výhody � �Chladí se dusíkem � Nevýhody �Nelze z nich vyrábět cívky �Omezené možnosti využití Vysokoteplotní supravodiče La 2 -x. Bax. Cu. O 4 (x=0, 15) 35 YBa 2 Cu 3 O 7 93 YBa 2 Cu 3 F 2 Oy 155

Vlastnosti HTS � Výrazné roviny Cu-O � Jsou antiferomagnetické � Atomy Cu jsou elementárními magnety � Antiparalelně umístěné YBa. Cu. O

Teorie HTS � Není dokončena � Excitace spinových antiferomagnetických struktur jsou kvazičásticemi � Jsou lokalizovány v Cu-O rovinách � Spinové excitace mohou párovat elektrony YBa. Cu. O

Speciální typy supravodičů Fullereny, organické supravodiče � Většinou obsahují alkalické kovy � Maximální dosažené teploty až 70 K � Pro nanotrubičky jen 12 K

Speciální typy supravodičů Borokarbidy – ferromagnetické supravodiče � Nejméně prozkoumané, objevené v roce 1993 � Cooperovy páry obchází magnetické ionty „Rezonanční“ supravodič � Byl nalezen zatím jen jeden: Sn 3 Ba 8 Ca 4 Cu 11 Ox

Ultravodiče � Organické polymery � Mnohem lepší vodivost než zlato � Vykazují extrémní diamagnetismus � Většinou existují pouze ve formě tenkých filmů => cíl je vytvořit dráty � V praktických aplikacích možná nahradí měď a vysokoteplotní supravodiče

Experiment � Bi. Pb. Sr. Ca. Cu. O �TC = 108 K � YBa. Cu. O �TC = 93 K BSCCO

Závěr � 100 let od objevu � Nejznámější je YBa. Cu. O � BCS teorie – základní princip � Vysokoteplotní supravodivost � Poděkování ing. Svobodovi za ochotu při shánění dusíku, a škole za sponzorování nákupu supravodičů

Zdroje � � � � � http: //www. aldebaran. cz/bulletin/2004_36_hts. html http: //hyperphysics. phy-astr. gsu. edu/HBASE/solids/supcon. html http: //openlearn. open. ac. uk/mod/resource/view. php? id=193000 http: //openlearn. open. ac. uk/mod/resource/view. php? id=192974 http: //openlearn. open. ac. uk/mod/resource/view. php? id=192982 http: //superconductors. org/ http: //www. converter. cz/tabulky/supravodice. htm http: //www. supravodice. zcu. cz/index 3. html http: //en. wikipedia. org/supercoductors A mnoho dalších …