Fyzika supravodivosti

Přechodové teploty

Převážná většina známých supravodičů má teploty přechodu, které leží mezi 1 K a 10 K. Z chemických prvků má wolfram nejnižší teplotu přechodu, 0,015 K a niob nejvyšší, 9,2 K. Teplota přechodu je obvykle velmi citlivá na přítomnost magnetických nečistot. Například několik dílů na milion manganu ve zinku výrazně snižuje teplotu přechodu.

Měrná tepelná a tepelná vodivost

Tepelné vlastnosti supravodiče lze v normálním stavu porovnat s vlastnostmi téhož materiálu při stejné teplotě. (Materiál může být přiveden do normálního stavu při nízké teplotě pomocí dostatečně velkého magnetického pole.)

Když je do systému vloženo malé množství tepla, část energie se používá ke zvýšení vibrací mříže (množství, které je stejné pro systém v normálním i supravodivém stavu) a zbytek se používá ke zvýšení energie vodivých elektronů. Elektronické měrné teplo (C _e) elektronů je definováno jako poměr té části tepla, kterou elektrony používají, ke zvýšení teploty systému. Specifické teplo elektronů v supravodiči se mění s absolutní teplotou (T) v normálním a supravodivém stavu (jak je znázorněno na obrázku 1). Elektronický měrné teplo do supravodivého stavu (označený C _es) je menší než v normálním stavu (označený C _en) při dostatečně nízké teplotě, ale C _es stane větší než C _EN jako přechodová teplota T _c je přiblížil, na kterém místě se náhle klesne na C _EN pro klasické supravodiče, i když křivka má tvar cusp u T _c pro vysoce-T _c supravodičů. Přesná měření ukázala, že při teplotách výrazně pod teplotou přechodu je logaritmus elektronického specifického tepla nepřímo úměrný teplotě. Tato teplotní závislost spolu s principy statistické mechaniky silně naznačuje, že v supravodiči existuje mezera v distribuci úrovní energie, které jsou k dispozici pro elektrony, takže pro excitaci každého elektronu ze stavu pod je potřebná minimální energie. mezera do stavu nad mezerou. Některé z vysoce-T _c supravodičů poskytnout dodatečný příspěvek k specifického tepla, který je úměrný teplotě. Toto chování naznačuje, že existují elektronické stavy ležící při nízké energii; další důkaz takových stavů je získán z optických vlastností a měření tunelování.

Tepelný tok na jednotku plochy vzorku se rovná součinu tepelné vodivosti (K) a teplotního gradientu △ T: J _Q = -K △ T, znaménko mínus znamená, že teplo vždy proudí z teplejšího do chladnější oblasti látka.

Tepelná vodivost v normálním stavu (K _n) se blíží tepelnou vodivost v supravodivém stavu (K _y) jako teplota (T) přibližuje přechodovou teplotu (T _c) pro všechny materiály, zda se jedná o čisté nebo nečisté. To naznačuje, že energetická mezera (Δ) pro každý elektron se blíží nule, jako je teplota (T) přibližuje teplotu přechodu (T _c). To by také odpovídat za to, že elektronický specifické teplo do supravodivého stavu (C _es) je vyšší než v normálním stavu (C _en) v blízkosti přechodové teploty: jak se teplota zvýší k přechodové teploty (T _c), energetická mezera v supravodivém stavu se zmenšuje, zvyšuje se počet tepelně excitovaných elektronů, což vyžaduje absorpci tepla.