Сверхпроводимость

Пнд, 09/09/2013 - 18:00

Рис. 9. Изображения вихревых структур в сверхпроводниках при
T= 4,2 K (температура жидкого гелия) во внешнем магнитном поле напряженностью 1 эрстед (соответствует индукции 0,0001 Тл). Вихри в монокристалле MgB2 (a) распределены неравномерно, тогда как в монокристалле NbSe2 (b) они образуют абрикосовскую треугольную решетку. Длина масштабной линейки 10 мкм

Однако такая картина перехода вещества из сверхпроводящего в нормальное состояние несколько идеализирована. Она будет наблюдаться, только если в нашем распоряжении находится тонкая пластина или длинный цилиндр, а внешнее поле прикладывается параллельно их осям (на рисунке 5а). В реальности образец не всегда пластина или цилиндр, да и магнитное поле может прикладываться “неправильно”. Например, на рисунке 5b видно, что плотность силовых линий у экватора шара больше, чем у полюсов, а это означает, что и поле там сильнее. Поэтому может случиться так, что значение В внешнего поля будет несколько меньше Вс, но за счет локального уплотнения силовых линий вблизи экватора индукция превысит критическое значение и сверхпроводимость исчезнет, в результате чего в экваториальной области шара образуется резистивный участок.

Состояние в сверхпроводнике 1-го рода, когда сверхпроводящие домены соседствуют в материале с нормальными областями, называется промежуточным. Такое состояние может возникать при значениях индукции приложенного поля, лежащих в интервале (1–D)Bc < B < Bc, где размагничивающий фактор D определяется формой образца. Интервал изменения размагничивающего фактора — от нуля (для длинного цилиндра или тонкой пластины в параллельном поле) до единицы (для плоскопараллельной пластины в случае, когда поле приложено перпендикулярно ее поверхности).

Проникновение магнитного поля в сверхпроводник происходит в виде вихревых “ниток” (рис. 6). Каждая такая нитка имеет вытянутое вдоль направления магнитного поля нормальное (т. е. не сверхпроводящее) ядро цилиндрической формы с диаметром порядка длины когерентности ξ. Через это ядро проходит магнитное поле, поэтому вокруг него возникает кольцо незатухающих вихревых токов (с шириной, приблизительно равной лондоновской глубине λ). Одна вихревая нитка в сверхпроводнике 1-го рода может включать большое количество флюксоидов — квантов магнитного потока, каждый из которых несет в себе поток Φ0 = 2,068•10–15 Вб. Вихри притягиваются друг к другу, и чем меньше расстояние между ними, тем сильнее притяжение. За счет этого они “слипаются”, образуя нормальные домены (как показано на рисунке) макроскопических размеров и не обязательно цилиндрической формы.

Понятие сверхпроводников II рода ввел физик А.А. Абрикосов еще в 1950 г., а в 2003 г. совместно с В.Л. Гинзбургом и Э. Леггетом он получил Нобелевскую премию “За создание теории сверхпроводимости второго рода и теории сверхтекучести жидкого гелия-3”. Эти сверхпроводники характеризуются наличием так называемого смешанного состояния (или шубниковской фазы), в котором внутри сверхпроводника имеется частично проникшее в него магнитное поле. В сверхпроводники 2-го рода магнитное поле также проникает в виде вихревых “ниток”. Но есть существенные отличия от сверхпроводников 1-го рода. Первое: каждый вихрь несет в себе только один флюксоид (см. рис. 7) . Второе: вихри отталкиваются друг от друга (чем ближе, тем сильнее), образуя т. н. вихревую треугольную решетку, которую еще называют абрикосовской (соответственно, и вихри получили название абрикосовских). И третье: у сверхпроводников 2-го рода критических значений индукции внешнего поля два. Проникновение вихрей происходит тогда, когда значение индукции магнитного поля заключено в диапазоне (1–D)Вc1 < В < Вc2.

При В = Вc1(1–D) вихри начинают проникать в материал, а когда В достигает второй критической величины, Вc2 (которая может быть во много раз больше, чем Вc1), они полностью заполняют сверхпроводник, переводя его в нормальное состояние. Важно понимать, что, несмотря на наличие абрикосовских вихрей, в интервале (1–D)Вc1 < В < Вc2 вещество по-прежнему сверхпроводящее, хоть и содержит нормальные области. Такое состояние сверхпроводника 2-го рода называется смешанным.

“Полуторный” род

В 2001 году была открыта сверхпроводимость в дибориде магния, характеризующаяся аномально высокой критической температурой — около 39 К. Как выяснилось, в MgB2 существует сразу два “сорта” куперовских пар (и, соответственно, две энергетические щели), которые взаимодействуют между собой и за счет этого создают столь высокую критическую температуру.

Каждой из двух энергетических щелей Δ1 и Δ2 соответствует своя длина когерентности ξ1, ξ2 и лондоновская глубина проникновения λ1, λ2. Если применить критерий Абрикосова для MgB2, то получится, что для первой щели κ = λ11 ≈ 0,66 < 1/√2, а для второй — κ = λ22 ≈ 3,68 > 1/√2. Получается, что в дибориде магния одновременно “живут” две сверхпроводимости — первого и второго рода.

Другие материалы рубрики


  • ...Теории, которые пытаются объединить все четыре типа взаимодействия, называют «Универсальными теориями», «Теориями всего сущего» или «Теорией великого объединения». Если бы у нас была такая теория, то это бы означало, что человечеству удалось построить замкнутую физическую картину мира, она бы включала в себя все базовые принципы и законы мироздания, и во всей Вселенной уже не было бы того, что мы не можем понять и описать. Эта заветная цель современной физики пока еще далека от того, чтобы быть достигнутой, но уже сейчас делаются попытки построения таких теорий...

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Известно, что в состав топлива входят такие горючие элементы, как углерод, водород и сера. Поэтому на основе предположения о том, что данные компоненты в топливе имеют вид смеси, можно осуществить подсчёт теплотворной способности данного топлива, как суммы компонентов смеси.



  • Шаровая молния — светящийся шар, который порой возникает при разряде линейной молнии, — одно из самых загадочных атмосферных явлений. Природа шаровой молнии до сих пор неизвестна, хотя первая научная публикация на эту тему — книга «Гром и молния» известного французского физика и астронома Франсуа Араго — была издана еще в 1838 году. Предлагаемая гипотеза — попытка объяснить механизм образования шаровой молнии на основе физики плазмы и газового разряда.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Ответ на вопрос, поставленный в заголовке, кажется очень простым... Действительно, стоит взять любую популярную книгу по авиации и даже некоторые издания, претендующие на роль учебника, как сразу натолкнетесь на уже ставшую хрестоматийной притчу о двух частицах воздуха, бегущих в струйках по крылу и встречающихся на задней кромке...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Технология плазменных ускорителей развивается семимильными шагами. Многие принципиальные проблемы уже решены, но создание конкретных устройств пока сопряжено с серьезными трудностями. В частности, инженерам еще предстоит повысить эффективность ускорителя (долю энергии ведущего импульса, которая передается ускоряемым частицам), точность настройки пучков (в точке столкновения они должны быть выровнены с точностью до единиц нанометров) и частоту повторения рабочих циклов (количество импульсов, ускоряемых за единицу времени). Плазменные установки могут ускорять и более тяжелые частицы, например, протоны. Однако тут есть одно важное требование: вводимые частицы должны двигаться почти со скоростью света, чтобы не отстать от плазменной волны. Это означает, что энергия ускоряемых протонов должна быть не меньше нескольких ГэВ...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • В 1905 г. Альберт Эйнштейн предложил частную теорию относительности и опроверг представление о свете как о колебаниях гипотетической среды — эфира. Великий физик утверждал, что, в отличие от звуковых, световые волны могут распространяться в вакууме и для их существования не требуется какой-либо материальной среды. Это справедливо и в общей теории относительности, и в квантовой механике. Вплоть до сегодняшнего дня все экспериментальные данные в масштабах от субъядерного до галактического успешно объясняются названными теориями.
    Тем не менее существует серьезная концептуальная проблема: с позиций современной науки общая теория относительности и квантовая механика несовместимы. Гравитация, которую общая теория относительности приписывает искривлению пространственно-временного континуума, никак не вписывается в рамки квантовой механики. Физики сделали лишь небольшой шаг к пониманию сильно искривленной структуры пространства-времени, которая, согласно квантовой механике, должна наблюдаться на чрезвычайно малых расстояниях.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Как родилась и эволюционирует наша Вселенная? Почему кольца Сатурна такие тонкие, но протяженные? Почему активность Солнца изменяется периодически с периодом около 11 лет? Что вызвало гибель динозавров? Отчего нас так пугают ослепительные вспышки молний, оглушительные удары грома, неистовые землетрясения, разбушевавшиеся вулканы? Отчего во время шторма возникает «девятый вал»? Почему цунами — столь грозная стихия? Почему рельеф снежных заносов волнистый? Почему у ягуара тело пятнистое, а хвост полосатый? И что объединяет эти совершенно не связанные между собой явления? Оказывается, все они — результат нелинейности.



  • Полное отсутствие проводов у электробытовых приборов и доступ к электроэнергии в любой точке земного шара без ограничений, в требуемом количестве — имея при себе лишь передатчик размером со спичечный коробок…

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Очевидные успехи в развитии науки и техники в XIX и ХХ веках вызвало в мировом общественном сознании некую эйфорию, уверенность в том, что человек стал властелином Природы, что его знания об устройстве окружающего Мира почти абсолютны, что человек может все. И действительно, изобретение в конце 18 века паровой машины существенно изменило жизнь общества, в значительной мере освободив его от утомительного физического труда, заложило основы современной промышленности и транспорта. Постулирование Исааком Ньютоном на рубеже 17 и 18 веков его трех принципов движения материальных тел и закона всемирного тяготения, создание начал дифференциального исчисления вызвало к жизни целый ряд научных открытий. Трудами нескольких поколений ученых в 18-19 столетиях была построена научная дисциплина, очертившая основы машиностроительной и технологической культуры нашей цивилизации, называемая сегодня теоретической механикой. Далее последовали фундаментальные открытия в области астрономии, физики, химии, получившие выход в различные области технических приложений — металлургию, строительство, транспорт, химическое производство, энергетику, судостроение, электротехнику, проводную и беспроводную связь, военное дело. Быстро развивались биология и медицина.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • ...В некоторых же отношениях электроны ведут себя подобно волнам. Человеческое воображение бессильно представить нечто такое, что может быть одновременно и волной, и частицей, но само по себе существование дуализма волна-частица, которая называется корпускулярно-волновым дуализмом, не вызывает сомнения. Так, объект, который обычно считают волной, обретает в микромире свойство частицы, например, световая волна, ведет себя подобно потоку частиц, выбивая электроны с поверхности металла (фотоэлектронный эффект). Частицы света называются фотонам, и физики относят их наряду с электронами и кварками к фундаментальным частицам. Наглядно представить волну-частицу невозможно, не стоит и пытаться, потому что в повседневной жизни нет ничего такого, что хотя бы отдаленно напоминало подобную нелепость...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5