Надпровідники
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Надпровідники

Надпровідники, речовини, в яких при охолоджуванні нижче певної критичної температури Т до електричний опір падає до нуля, тобто спостерігається надпровідність . За винятком Cu, Ag, Au, Pt, лужних, лужноземельних і феромагнітних металів, велика частина останніх металевих елементів є С. (див. Метали ) . Елементи Si, Ge, Bi стають С. при охолоджуванні під тиском. У надпровідний стан може переходити також декілька сотів металевих сплавів і з'єднань і деякі сильно леговані напівпровідники. Слід зазначити, що існують надпровідні сплави, в яких окремі компоненти або навіть всі компоненти сплаву самі по собі немає С. Значенія Т до майже для всіх відомих С. лежать в діапазоні температур існування рідкого водню і рідкого гелію (температура кипіння водню Т кіп = 20,4 До).

загрузка...

  Другим найважливішим параметром, що характеризує властивості С., є величина критичного магнітного поля Н до , вище за яке С. переходить в нормальний (ненадпровідне) стан. Із зростанням температури значення Н до монотонно падає і перетворюється на нуль при Т ³ Т до . Максимальне значення Н до = H 0 , визначене з експериментальних даних шляхом екстраполяції до нуля абсолютної температурної шкали, для ряду С. наведено в таблиці.

  найвищою з відомих (1974) Т до володіє з'єднання Nb 3 Ge приготоване за спеціальною технологією.

  Не дивлячись на те, що принципові причини виникнення надпровідності твердо встановлені, сучасна теорія не дає можливості розрахувати значення Т до або Н до для відомих С. або передбачити їх для нового надпровідного сплаву. Проте в результаті накопичення експериментального матеріалу були встановлені ряд емпіричних закономірностей, що дозволяє визначити напрям пошуків сплавів з високими

Температура переходу надпровідний стан критичне магнітне поле для ряду металів, напівпровідників, сплавів і з'єднань

 

Речовина

Критична температура Т До , До

Критичне поле Н 0 , е

Надпровідники 1 роду

Свинець

7,2

800

Тантал

4,5

830

Олово

3,7

310

Алюміній

1,2

100

Цинк

0,88

53

Вольфрам

0,01

1,0

Надпровідники 2 роди

Ніобій

9,25

4000

Сплав 65 БТ (Nb-ti-zr)

9,7

»100000

Сплав Niti

9,8

»100000

V 3 Ga

14,5

»350000

Nb 3 Sn

18,0

»250000

(Nb 3 AI) 4 Nb 3 Ge

20,0

Nb 3 Ge

23

Gete*

0,17

130

Srtio 3 *

0,2—0,4

»300

Pb 1,0 Mo 5,1 S 6

»15

»600000

* Вище Т до : ці з'єднання напівпровідники . 1 е = 79,6 а/м.

  Не дивлячись на те, що принципові причини виникнення надпровідності твердо встановлені, сучасна теорія не дає можливості розрахувати значення Т до або Н до для відомих С. або передбачити їх для нового надпровідного сплаву. Проте в результаті накопичення експериментального матеріалу були встановлені ряд емпіричних закономірностей, що дозволяє визначити напрям пошуків сплавів з високими Т до і Н до . Найважливіші з цих закономірностей, відоміші під назвою правил Маттіаса (встановлені Б. Т. Маттіасом, США, 1955), зводяться до наступного: найбільша Т до спостерігається в сплавів з числом 2 валентних електронів на атом ~3, 5, 7, причому для кожного z предпочтітельней свій тип кристалічної решітки. Крім того, Т до зростає із збільшенням об'єму і падає із зростанням маси атома. По своїх магнітних властивостях все С. розділяються на дві групи: С. 1-го роду, для яких проникнення магнітного поля Н в надпровідник циліндрової форми, розташований уздовж поля, відбувається стрибком одночасно з появою електричного опору при Н  ³ Н до ; С. 2-го роду, для яких проникнення подовжнього магнітного поля в аналогічних умовах починається в значно менших полях (до появи опору). Відповідно для С. 2-го роду розрізняють нижнє критичне поле Н к1 , при якому починається проникнення магнітного поля, і верхнє критичне поле Н к2 , при якому магнітне поле повністю проникає в об'єм С., а електричного опору набуває значення, характерне для нормального стану. (У таблиці для С. 2-го роду приведені значення Н к2 .) С. 1-го роду є всі чисті надпровідні метали, за винятком V і Nb, і деякі сплави з низьким вмістом одного компонента. Група С. 2-го роду більш багаточисельна. Сюди відносяться більшість з'єднань з високими Т до , таких як V 3 Ga, Nb 3 Sn, і сплави з високим вмістом легуючих домішок.

  Серед С. 2-го роду виділяють групу жорстких надпровідників. Для цих матеріалів характерна велика кількість дефектів структури (неоднорідності складу, вакансії, дислокації і ін.), які виникають завдяки спеціальній технології виготовлення. У жорстких С. рух магнітного потоку сильно утруднений дефектами і криві намагнічення виявляють сильний гістерезис . По тих же причинах в цих матеріалах сильні постійні електричні струми можуть протікати без втрат, тобто без опору, аж до близьких до Н к2 полів при будь-якій орієнтації струму і магнітного поля. Слід зазначити, що в ідеальному С., повністю позбавленому дефектів (до цього стану можна наблизитися в результаті тривалого відпалу сплаву), при будь-якій орієнтації поля і струму, за винятком подовжньої, скільки завгодно малий струм супроводитиметься втратами на рух магнітного потоку вже при Н > Н к1 . Нижнє критичне поле Н к1 зазвичай у багато разів менше Н к2 . Тому саме жорсткі С., в яких електричний опір практично дорівнює нулю аж до дуже сильних полів, представляють інтерес з точки зору технічних застосувань. Їх застосовують для виготовлення обмоток магнітів надпровідних і інших цілей. Істотним недоліком жорстких С. є їх крихкість, що сильно утрудняє виготовлення з них дроту або стрічки для обмоток надпровідних магнітів. Особливо це відноситься до з'єднань з найвищими значеннями Т до і Н до типа V 2 Ga, Nb 3 Sn Pbi 1,0 Mo 5,1 S 6 . Виготовлення надпровідних магнітних систем з цих матеріалів є складним технологічним завданням.

  Літ.: Надпровідні матеріали. [Сб. ст.], пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1965; Металознавство надпровідних матеріалів, М., 1969.

  І. П. Крилов.