Сверхпроводимость при температурах, близких к 0

Gameover

Вот сейчас мне вопрос задали, а я даже не знаю, что и ответить.
Суть вопроса: почему при температурах, близких к абсолютному нулю, сверхпроводимость наблюдается у всяких веществ, которые обычно являются диэлектриками; а у обычно хороших проводников - не наблюдается? Какова физическая природа сверхпроводимости при низких температурах?
Если писать не охота, киньте ссылкой, плиз :)

mong

вообще-то низкотемпературная сверхпровоимость у всех тел одинакова.

sboris

а у обычно хороших проводников - не наблюдается
Нет. Многие металлы при достаточно низкой температуре сверхпроводники.

andreika38

Какова физическая природа сверхпроводимости при низких температурах?
Квантово-механическая теория сверхпроводимости (теория БКШ) рассматривает это явление как сверхтекучесть бозе-эйнштейновского конденсата куперовских пар электронов в металле с присущим сверхтекучести отсутствием трения. Электроны проводимости движутся в сверхпроводнике беспрепятственно — без «трения» о неоднородности кристаллической решетки. Основная особенность сверхпроводников заключается в том, что в них возникает взаимное притяжение электронов с образованием электронных пар (так называемые куперовские пары). Причиной этого притяжения является дополнительное к кулоновскому отталкиванию взаимодействие между электронами, осуществляемое под воздействием кристаллической решетки и приводящее к притяжению электронов.
В квантовой теории металлов притяжение между электронами (обмен фононами) связывается с возникновением элементарных возбуждений кристаллической решётки. Электрон, движущийся в кристалле и взаимодействующий с другим электроном посредством решётки, переводит ее в возбужденное состояние. При переходе решётки в основное состояние излучается квант энергии звуковой частоты — фонон, который поглощается другим электроном. Притяжение между электронами можно представить как обмен электронов фононами, причём притяжение наиболее эффективно, если импульсы взаимодействующих электронов антипараллельны.
Возникновение сверхпроводящего состояния вещества связано с возможностью образования в металле связанных пар электронов (куперовских пар). Оценка показывает, что электроны, образующие пару, находятся друг от друга на расстояниях порядка ста периодов кристаллической решётки. Вся электронная система сверхпроводника представляет собой сплочённое образование, простирающееся на громадные по атомным масштабам расстояния.
Если при сколь угодно низких температурах кулоновское отталкивание между электронами преобладает над притяжением, образующим пары, то вещество (металл или сплав) сохраняет обычные свойства. Если же при температуре Тc силы притяжения преобладают над силами отталкивания, то вещество переходит в сверхпроводящее состояние.
Важнейшей особенностью связанного в пары коллектива электронов в сверхпроводнике является невозможность обмена энергией между электронами и решеткой малыми порциями, меньшими чем энергия связи пары электронов. Это означает, что при движении электронов в кристаллической решётке не изменяется энергия электронов и вещество ведёт себя как сверхпроводник с нулевым удельным сопротивлением. Квантово-механическое рассмотрение показывает, что при этом не происходит рассеяния электронных волн на тепловых колебаниях решётки или примесях. А это и означает отсутствие электрического сопротивления.
Для того чтобы разрушить состояние сверхпроводимости, необходима затрата определенной энергии. При температуре Т = Тc происходит нарушение связанных состояний электронных пар, прекращается притяжение между электронами и состояние сверхпроводимости исчезает.

artem84

Образно говоря, сверхпроводимость возникает из-за дефектов кристаллической решетки. Чем больше дефектов, тем выше температура, при которой возникает состояние сверхпроводимости. В хороших проводниках дефектов мало, поэтому у них соответствующая температура ниже.

mong

тока наоборот. Конечная проводимость возникает из-за неидеальности крист решётки.

artem84

Т.е. в случае идеальной решетки при нормальный условиях проводимость была бы бесконечной?

mong

ага.

Lene81

Электрон-фононное взаимодействие, вроде есть всегда? Поэтому более правильно говорить, что металл с идеальной решеткой будет сверхпроводником _при_0_К.

vbelov

при нуле К вроде что угодно будет сверхпроводником

Lene81

при нуле К вроде что угодно будет сверхпроводником
Нет, не должно быть щели между валентной зоной и зоной проводимости

mong

на щели уже как бэ пофиг ибо все электроны уже упали на нижний уровень.

mong

Электрон-фононное взаимодействие, вроде есть всегда?

не уверен.

Lene81

на щели уже как бэ пофиг ибо все электроны уже упали на нижний уровень.
Ну как бы тот же алмаз вполне себе диэлектрик и им останется при 0К. Рассеяние электронов на фононах — основной механизм диссипации энергии электронов. Оно убывает при понижении Т и исчезает при 0К. Рассеяние на дефектах решетки создает фоновое значение остаточного сопротивления при 0К. Вроде так, кажется, нигде не наврал.

Ryfargler

вообще есть сверхпроводники первого и второго рода и механизм возникновения в них сверхпроводимости разный

Ryfargler

Квантово-механическая теория сверхпроводимости (теория БКШ) рассматривает это явление как сверхтекучесть бозе-эйнштейновского конденсата куперовских пар электронов в металле с присущим сверхтекучести отсутствием трения. Электроны проводимости движутся в сверхпроводнике беспрепятственно — без «трения» о неоднородности кристаллической решетки.
ну я конечно понимаю, несколько Нобелевских премий и все такое, но реально выглядит как бредятина эта теория

mong

теперь прочитай ещё раз свой пост и скажи причём там валентная и проводимости зоны.
да и вообще - по сути фононы это есть не что иное как деформации крист решётки.

mong

роасскажи нам про них.

Lene81

теперь прочитай ещё раз свой пост и скажи причём там валентная и проводимости зоны.
При том, что при 0 К бывают изоляторы. Это определяется наличием щели между заполненной (валентной) и свободной (зоной проводимости) зонами.

vovatroff

при нуле К вроде что угодно будет сверхпроводником
Нет, не должно быть щели между валентной зоной и зоной проводимости
Упс... Правильно ли я понимаю, что тем самым щель между зонами зависит от T?
Я не спорю, поскольку не знаю точно, так это или нет. Но вообще это несколько
странно на первый взгляд, потому что зоны - это всего лишь одноэлектронные
уровни. Уровни энергии макроскопичесокго тела в стат. физике, как известно,
от T не зависят, зависят только их заселенности, которые и определяют
макроскопические свойства.
И второе соображение. Как уже упоминалось выше, образование куперовских
пар - это, по сути, корреляционное явление, основанное на тонком балансе между
кулоновским отталкиванием и обменом виртуальными фононами. То есть без учета
эффектов электронной корреляции это явление описать, видимо, невозможно.
Непонятно, как тогда здесь можно пользоваться зонной теорией, которая сугубо
одноэлектронная?
(Помнится, где-то, не помню уже где, я встречал даже утверждение о том, что волновая
функция куперовской пары - что-то типа двухэлектроной геминали.)

mong

При том, что при 0 К бывают изоляторы. Это определяется наличием щели между заполненной (валентной) и свободной (зоной проводимости) зонами.
Рассеяние на дефектах решетки создает фоновое значение остаточного сопротивления при 0К.

:ooo:

Lene81

Рассеяние на дефектах решетки создает фоновое значение остаточного сопротивления при 0К.
... для металлов, у которых щели нет.

mong

ну много же диэлектриков при нормальной температуре становятся сверхпроводниками при низкой. щель есть, всё ок, а сверхпроводят.
я думаю это связано со структурой крист. решётки.

Lene81

ну много же диэлектриков при нормальной температуре становятся сверхпроводниками при низкой. щель есть, всё ок, а сверхпроводят.
Ээээ, а пример можно?
Знаю про диэлектрики, которые становятся сверхпроводниками под давлением. Знаю о веществах с металлической проводимостью, которые становятся диэлектриками при охлаждении (переход Пайерлса). Но чтобы диэлектрик стал сверхпроводником только от охлаждения — не знаю. Если только фазовый переход какой...
я думаю это связано со структурой крист. решётки.
Ну да, да. Только примера уж больно хочется.

mong

ну керамики какие-нить :p

Lene81

ну керамики какие-нить :p
ВТСП?
Они проводники при комнатной Т, правда плохие.

mong

ну вообще казалось бы, если теория БКШ имеет место рализовываться, то не должно быть важным диэлектик или проводник. я из этого исходил.

gold-77

2
Какова физическая природа сверхпроводимости ?

грубо говоря, так:
сверхпроводимость — чисто квантовый эффект. У тебя есть неопределённость
гейзенбегрга. Электрону всё равно где находиться — до узла кристаллической решётки или
после него (координата не определена, размазана); ему в его движении узлы кристалличекой
решётки не "сопротивляются" (R=0 не притормаживают его.
я подумал, что раз ты в разговор между , , AToМ и другими не залез, то,
может быть, ты хотел ответ на пальцах.
Оставить комментарий
Имя или ник:
Комментарий: