Сверхпроводник

Сверхпроводник — материал, электрическое сопротивление которого при понижении температуры до некоторой величины Tc становится равным нулю (сверхпроводимость). При этом говорят, что материал приобретает «сверхпроводящие свойства» или переходит в «сверхпроводящее состояние».

В настоящее время проводятся исследования в области сверхпроводимости с целью повышения температуры Tc (высокотемпературная сверхпроводимость).

ИсторияПравить

В 1911 году голландский физик Камерлинг-Оннес обнаружил, что при охлаждении ртути в жидком гелии её сопротивление сначала меняется постепенно, а затем при температуре 4,1 К резко падает до нуля.

Сверхпроводник наименьшего размера был создан в 2010 году на основе органического сверхпроводника (BETS)2GaCl4[1][2], где аббревиатура «BETS» означает бисэтилендитиотетраселенафульвален. Созданный сверхпроводник состоит всего из четырёх пар молекул этого вещества при общей длине образца порядка 3,76 нм.

Свойства сверхпроводниковПравить

В зависимости от свойств сверхпроводники делят на три группы:

Фазовый переход в сверхпроводящее состояниеПравить

Переход вещества в сверхпроводящее состояние сопровождается изменением его тепловых свойств. Однако, это изменение зависит от рода рассматриваемых сверхпроводников. Так, для сверхпроводников Ι рода в отсутствие магнитного поля теплота перехода (поглощения или выделения) из сверхпроводящего состояния в обычное равна нулю, а следовательно терпит скачок теплоёмкость, что характерно для фазового перехода ΙΙ рода.

Эффект МейснераПравить

Даже более важным свойством сверхпроводника, чем нулевое электрическое сопротивление, является так называемый эффект Мейснера, заключающийся в выталкивании сверхпроводником магнитного потока. Из экспериментального наблюдения данного факта делается вывод о существовании незатухающих токов около поверхности сверхпроводника, которые создают внутреннее магнитное поле, противоположно направленное внешнему, приложенному магнитному полю и компенсирующее его.

Таблица сверхпроводниковПравить

В представленной ниже таблице перечислены некоторые сверхпроводники и характерные для них величины критической температуры (Tc) и предельного магнитного поля (Bc).

Название материала Критическая
температура

 , К
Критическое
поле
 , Тл
Год опубликования
обнаружения
сверхпроводимости
Сверхпроводники I рода
Pb (свинец) 7,26[3] 0,08[4] 1913[3]
Sn (олово) 3,69[3] 0,031[4] 1913[3]
Ta (тантал) 4,38[3] 0,083[4] 1928[3]
Al (алюминий) 1,18[3] 0,01[4] 1933[3]
Zn (цинк) 0,88[4] 0,0053[4]
W (вольфрам) 0,01[4] 0,0001[4]
Сверхпроводники 1.5 рода
Ведутся поиски по теоретической модели[5]
Сверхпроводники II рода
Nb (ниобий) 9,20[3] 0,4[4] 1930[3]
V3Ga 14,5[4] >35[4]
Nb3Sn 18,0[4] >25[4]
(Nb3Al)4Ge 20,0[4]
Nb3Ge 23[4]
GeTe 0,17[4] 0,013[4]
SrTiO3 0,2—0,4[4] >60[4]
MgB2 (диборид магния) 39 ? 2001
H2S (сероводород) 203[6] 72[6] 2015[6]

ПрименениеПравить

  • Квантовый компьютер использует кубиты, основанные на сверхпроводниках.
  • Сверхпроводники также используют для создания мощного магнитного поля, к примеру ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor; Международный экспериментальный термоядерный реактор), в котором сверхпроводники, создавая магнитное поле, удерживают высокотемпературную плазму, не давая ей контактировать со стенками реактора.
  • Сверхпроводники используются в ЯМР-томографах (ЯМР — ядерный магнитный резонанс).
  • Сверхпроводники используются в сверхмощных турбогенераторах КГТ-20 и КГТ-1000 на основе сверхпроводимости [7], [8], и при разработке сверхпроводящих электрических машин.
  • Сверхпроводники используются в соленоидах сверхпроводящих магнитов.
  • Сверхпроводники используются для изготовления сверхпроводящих проводов.

См. такжеПравить

ЛитератураПравить

  • Уилсон М. Сверхпроводящие магниты. — М.: Энергия, 1985. — 405 с.
  • Гуревич А. Вл. Физика композиционных сверхпроводников. — М.: Наука, 1987. — 240 с.
  • Пан В. М. Металлофизика сверхпроводников. — Киев: Наук. думка, 1984. — 189 с.

ПримечанияПравить

  1. K. Clark, A. Hassanien, S. Khan, K.-F. Braun, H. Tanaka and S.-W. Hla. Superconductivity in just four pairs of (BETS)2GaCl4 molecules (англ.) // Nature Nanotechnology. — 2010. — Vol. 5. — P. 261—265.
  2. Юрий Ерин. Создан сверхпроводник, состоящий всего из 8 молекул вещества. Элементы.ру (19 апреля 2010). Дата обращения: 19 апреля 2010. Архивировано 26 августа 2011 года.
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 В. Л. Гинзбург, Е. А. Андрюшин. Глава 1. Открытие сверхпроводимости // Сверхпроводимость. — 2-е издание, переработанное и дополненное. — Альфа-М, 2006. — 112 с. — 3000 экз. — ISBN 5-98281-088-6.
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Сверхпроводник — статья из Большой советской энциклопедии
  5. Физики представили теорию полуторной сверхпроводимости (недоступная ссылка). Дата обращения: 26 октября 2011. Архивировано 10 апреля 2018 года.
  6. 1 2 3 A. P. Drozdov, M. I. Eremets, I. A. Troyan, V. Ksenofontov, S. I. Shylin. Conventional superconductivity at 203 kelvin at high pressures in the sulfur hydride system // Nature. — Т. 525, вып. 7567. — С. 73–76. — doi:10.1038/nature14964.
  7. Глебов, 1981.
  8. Антонов, 2013.