Сверхпроводимость

В 1911 году Каммерлинг-Оннес обнаружил явление, которое заключалось в обращении в нуль сопротивления образца при очень низких температурах. Оно получило название сверхпроводимости. В эксперименте Камерлинг-Оннеса со ртутью (Hg) электрическое сопротивление R падало, обращаясь практически в нуль, не постепенно, а скачком в интервале температур, составлявшем несколько сотых долей градуса (рис. 7.8).

 

 

R
T
4,2
ΔT=0,05 K

 

 


Рисунок 7.8. Вид зависимости сопротивления ртути от температуры
в опыте Камерлинг-Оннеса

 

Температура, при которой образец переходил в сверхпроводящее (СВП) состояние, − критическая температура Tc, для ртути составила около 4,2 К. В 1914 году Камерлинг-Оннес установил, что ток, возбужденный однажды в замкнутом СВП-контуре, практически не ослабевает со временем. Несколько позже он наглядно продемонстрировал это, перевезя СВП кольцо с текущим по нему током из голландского города Лейдена в английский Кембридж.

В дальнейшем способность переходить в состояние с нулевым сопротивлением была обнаружена как в чистых металлах, так и в металлических соединениях, полупроводниках и оксидах. С этой точки зрения СВП делятся на два класса: СВП 1-го рода (металлы) и СВП 2-го рода (сплавы).

В настоящее время известно порядка тысячи веществ, обладающих СВП. Этим свойством обладают сплавы, чаще, чем чистые вещества. Самой высокой критической температурой среди чистых веществ обладает ниобий (Tc = 9,5 K), а наиболее низкой − иридий (Tc = 0,14 K). Причем у таких хороших проводников, как золото, медь, серебро, СВП не наблюдается. Установлено, что самые высокие температуры, при которых имеет место эффект СВП, наблюдаются в сплавах и соединениях, например, в системе
Ti-Ba-Ca-Cu-O при определенном составе оксида такой переход наблюдается при 125 K.

Исследования СВП проводятся учеными во всем мире, но пока единого теоретического подхода не существует. Однако многие эффекты уже объяснены. Так в 1957 году американскими учеными Бардином, Купером и Шриффером была создана микроскопическая теория сверхпроводимости (БКШ), которая объясняет природу СВП 1-го рода.