Ang pisika ng Superconductivity

Mga temperatura ng paglipat

Ang karamihan sa mga kilalang superconductor ay may mga temperatura ng paglipat na namamalagi sa pagitan ng 1 K at 10 K. Ng mga elemento ng kemikal, ang tungsten ay may pinakamababang temperatura ng paglipat, 0.015 K, at niobium ang pinakamataas, 9.2 K. Ang temperatura ng paglipat ay karaniwang napaka sensitibo sa ang pagkakaroon ng mga magnetic impurities. Ang ilang mga bahagi bawat milyon ng mangganeso sa sink, halimbawa, ay nagpapababa sa temperatura ng paglipat.

Tukoy na init at thermal conductivity

Ang mga thermal properties ng isang superconductor ay maaaring ihambing sa mga pareho ng materyal sa parehong temperatura sa normal na estado. (Ang materyal ay maaaring pilitin sa normal na estado sa mababang temperatura sa pamamagitan ng isang malaking sapat na magnetic field.)

Kapag ang isang maliit na dami ng init ay inilalagay sa isang system, ang ilan sa enerhiya ay ginagamit upang madagdagan ang mga vibration ng lattice (isang halaga na pareho para sa isang sistema sa normal at sa estado ng superconducting), at ang natitira ay ginagamit upang madagdagan ang enerhiya ng mga electron ng pagpapadaloy. Ang elektronikong tiyak na init (C _e) ng mga electron ay tinukoy bilang ratio ng bahaging iyon ng init na ginagamit ng mga electron sa pagtaas ng temperatura ng system. Ang tiyak na init ng mga electron sa isang superconductor ay nag-iiba kasama ang ganap na temperatura (T) sa normal at sa estado ng superconducting (tulad ng ipinapakita sa Larawan 1). Ang elektronikong tiyak na init sa superconducting state (itinalagang C _es) ay mas maliit kaysa sa normal na estado (itinalagang C _en) sa mababang sapat na temperatura, ngunit ang C _es ay nagiging mas malaki kaysa sa C _en habang ang temperatura ng paglipat T _c ay papalapit, sa kung saan bigla itong bumaba sa C _en para sa mga klasikong superconductors, bagaman ang curve ay may hugis ng cusp na malapit sa T _c para sa mga high-T _c superconductors. Ang mga tumpak na sukat ay nagpahiwatig na, sa mga temperatura na malaki sa ilalim ng temperatura ng paglipat, ang logarithm ng elektronikong tiyak na init ay hindi iniksyon na proporsyonal sa temperatura. Ang pag-asa sa temperatura na ito, kasama ang mga prinsipyo ng mga mekanikal na istatistika, ay mariin na nagmumungkahi na mayroong isang agwat sa pamamahagi ng mga antas ng enerhiya na magagamit sa mga elektron sa isang superconductor, upang ang isang minimum na enerhiya ay kinakailangan para sa paggulo ng bawat elektron mula sa isang estado sa ibaba ang puwang sa isang estado sa itaas ng puwang. Ang ilan sa mga high-T _c superconductors ay nagbibigay ng karagdagang kontribusyon sa tiyak na init, na proporsyonal sa temperatura. Ang pag-uugali na ito ay nagpapahiwatig na mayroong mga elektronikong estado na nakahiga sa mababang enerhiya; ang karagdagang katibayan ng mga nasabing estado ay nakuha mula sa mga optical na katangian at mga sukat sa paglalagay ng tunneling.

Ang daloy ng init sa bawat yunit ng isang sample ay katumbas ng produkto ng thermal conductivity (K) at ang gradient ng temperatura △ T: J _Q = -K △ T, ang minus sign na nagpapahiwatig na ang init ay palaging dumadaloy mula sa isang mas mainit sa isang mas malamig na rehiyon ng isang sangkap.

Ang thermal conductivity sa normal na estado (K _n) ay lumalapit sa thermal conductivity sa superconducting state (K _s) habang ang temperatura (T) ay lumalapit sa temperatura ng paglipat (T _c) para sa lahat ng mga materyales, kung ito ay puro o madumi. Ipinapahiwatig nito na ang agwat ng enerhiya (Δ) para sa bawat elektron ay papalapit sa zero habang ang temperatura (T) ay papalapit sa temperatura ng paglipat (T _c). Maipapalagay din nito ang katotohanan na ang elektronikong tiyak na init sa superconducting state (C _es) ay mas mataas kaysa sa normal na estado (C _en) malapit sa temperatura ng paglipat: habang ang temperatura ay nakataas sa temperatura ng paglipat (T _c), ang puwang ng enerhiya sa estado ng superconducting ay bumababa, ang bilang ng mga thermally excited na mga electron ay nagdaragdag, at nangangailangan ito ng pagsipsip ng init.