Supravodivost

Michal a Tomáš Odstrčil

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 4,23K

Objev supravodivosti roku 1911 Pozorována u rtuti při 4,26K Časem objeveny supravodiče s vyšší TC

Objev LaBaCuO (35K) a YBaCuO (92K)

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

Smíšenýstav

Supravodiče I. typu Jsou to kovy nebo polokovy Nemají prakticky žádné využití Velmi nízké přechodové teploty Nízké kritické magnetické pole Dokonalá diamagnetika

Supravodiče I. typuHg 4,154 KIn 3,403 5 KPb 7,196 KV 5,40 KZn 7,86 KP 14-24K při 250GPa

Supravodiče II. typu

Supravodiče II. typuNb3Sn 18Nb3Al 18,7Nb3Ge 23,2Nb0,16Al0,64Ge0,2 20,7Nb3Al0,75Ge0,25 18,5Nb-Ti 8 - 10

Pronikání magnetického pole Závislost magnetické indukce na hloubce

λ je hloubka průniku

Závislost λ na teplotě

λ(0) je běžně 50 – 100 nmSrovnatelné s velikostí buňky krystalu

Meissnerův efekt Součást 99% demonstrací Dokonalé diamagnetikum Levitace

Magnetickou indukcíZamrzání magnet. siločar

Základní pojmy k BCS Fonony

Kvazičástice Fermiony Bosony

Celočíselný spinNesplňují Pauliho vylučovací principMezony,fotony,gluony

AntiferomagnetismusEnergeticky 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

izotopuInterakce 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

Fotonová interakce Fononová interakce

Spojení elektronů fononovou interakcí

Bosony, celočíselný spin

Při TC překonají elektrony Fermiho mez

Koherentní chování Supravodivost,

důsledek koherence

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 cívkyOmezené možnosti využití

Vysokoteplotní supravodičeLa2-xBaxCuO4 (x=0,15) 35YBa2Cu3O7 93YBa2Cu3F2Oy 155

Vlastnosti HTS

Výrazné roviny Cu-O Jsou antiferomagnetické Atomy Cu jsou elementárními

magnety Antiparalelně umístěné

YBaCuO

Teorie HTS

Není dokončena Excitace spinových antifero-

magnetických struktur jsou kvazičásticemi

Jsou lokalizovány v Cu-O rovinách

Spinové excitace mohou párovat elektrony

YBaCuO

Speciální typy supravodičůFullereny, organické supravodiče

Většinou obsahují alkalické kovy Maximální dosažené teploty až 70K Pro nanotrubičky jen 12K

Speciální typy supravodičůBorokarbidy – ferromagnetické supravodiče Nejméně prozkoumané, objevené v roce 1993 Cooperovy páry obchází magnetické ionty

„Rezonanční“ supravodič Byl nalezen zatím jen jeden: Sn3Ba8Ca4Cu11Ox

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

BiPbSrCaCuOTC = 108K

YBaCuOTC = 93K

BSCCO

Závěr

100 let od objevu Nejznámější je YBaCuO 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/index3.html http://en.wikipedia.org/supercoductors A mnoho dalších …