ż ytku wewn ę trznego ń ska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała StałegoMateriały dydaktyczne do u Ryszard J. Barczy ń ski, 2017Politechnika Gda Nadprzewodnictwo

Nadprzewodnictwo

Ryszard J. Barczyński, 2017

Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego

Nadprzewodnictwo

Nadprzewodnictwo zostało odkryte przez fizyka holenderskiego

H. Kamerlingha­Onnesa w 1911r.

Badał on właściwości  elektryczne rtęci w bardzo niskich temperaturach.

Rtęć zachowywała się normalnie

aż do temperatury 4.2K. Przy dalszym obniżaniu temperatury opór rtęci nagle zmalał do zera.

Wkrótce potem znaleziono nadprzewodnictwo w ołowiu i cynie.

Rok Tc

1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 50

100 150

ciekły hel

ciekły azot

Hg NbN Nb₃Sn Nb₃Ge

Pb Nb

1962 – pierwszy komercyjny  nadprzewodzący przewód

Wielki wyścig rozpoczęty...

Pierwszy komercyjny

przewód nadprzewodzący (1962)

Nie ma róży bez kolców...

Temperatura przejścia w stan nadprzewodnictwa zależy od zewnętrznego pola magnetycznego, a duże pole (pole krytyczne) całkowicie niszczy stan nadprzewodnictwa.

Niestety, również przepuszczenie przez nadprzewodnik zbyt dużego prądu (prąd krytyczny) niszczy nadprzewodnictwo. Szukanie nadprzewodników

o dużej krytycznej gęstości prądu ma podstawowe znaczenie dla zastosowań technicznych.

Pytanie...

dlaczego???!!!

Wystąpienie nadprzewodnictwa wzbudziło

oczywiście sensację... Przy wyjaśnieniu zjawiska pomógł charakterystyczny dla nadprzewodników

efekt izotopowy, polegający na zależności temperatury krytycznej od masy atomowej pierwiastka.

Efekt izotopowy wskazuje na powiązanie efektu nadprzewodnictwa z własnościami sieci krystalicznej i miał ważne znaczenie

dla sformułowania teorii...

Teoria BCS (1957)

Bardeen Cooper Schrieffer

...dla sformułowania teorii nadprzewodnictwa w roku 1957.

J. Bardeen, L.N. Cooper i J.R. Schrieffer wyjaśnili nadprzewodnictwo wykazując możliwość sprzężenie elektronów w pary poprzez oddziaływania z siecią krystaliczną.

Pary zachowują się zupełnie inaczej niż pojedyncze elektrony ­ dlaczego ich powstanie prowadzi do nadprzewodnictwa wyjaśni fizyka kwantowa.

Nadprzewodniki

wysokotemperaturowe (styczeń 1986)

George Bednorz

Alex Muller

La

Sr

CuO

W 1986 roku odkryto nadprzewodnictwo

w dosyć skomplikowanych związkach tlenowych, w temperaturach znacznie większych od możliwych do osiągnięcia w klasycznych nadprzewodnikach.

Nadprzewodniki te znane są pod nazwą

nadprzewodników wysokotemperaturowych i jak dotychczas (maj 2017) brak satysfakcjonującej teorii wyjaśniającej ich właściwości...

Nadprzewodniki

wysokotemperaturowe

temperatura ciekłego azotu...

YBa

Cu

O

Paul Chu ­ 1987

Nadprzewodnictwo

1900 1920 1940 1960 1980 2000 0

20 40 60 80 100 120 140 160

MgCNi₃ May 2001 Cs₃C₆₀

Lq CF₃

Lq N

Lq H

Lq He

Hg

HgTlBaCuO May 1995 HgBaCuO April 1993 TlBaCuO February 1988 BiSrCaCu January 1988

YBaCuO January 1987

MgB₂ January 2001 LaBaCuO January 1986

NbC

NbN

Nb-Al-Ge

Nb₃Ge Nb₃Sn

V₃Si Pb Nb

T c [K]

Year

Nadprzewodniki

wysokotemperaturowe

Efekt Meissnera

Charakterystyczny dla nadprzewodników (efekt Meissnera) jest fakt zanikania

pola magnetycznego we wnętrzu nadprzewodników, a ściśle mówiąc,

wnikania pola tylko na ograniczoną głębokość. Nazywa się to czasem

idealnym diamagnetyzmem (choć przyczyny zjawiska są inne niż przyczyny diamagnetyzmu.)

Zastosowania ­  energetyka

Potencjalne zastosowania nadprzewodnictwa w energetyce są ogromne i mogą doprowadzić do całkowitego przeobrażenia naszych technologii...

● linie przesyłowe

● elektromagnesy i silniki

● magazynowanie energii

Zastosowania ­ transport

MAGLEV :­)

Zastosowania ­ medycyna

Tomograf NMR