Deficitul energetic și supraconductivitatea fără goluri
Fiecare electron transportă cu el o anumită cantitate de energie, măsurată în electron volți (EV), este o unitate de măsură extrasisteme, dar este utilizată în fizica atomică și nucleară, în fizica particulelor elementare și în alte domenii conexe ale științei.
Banda interzisă este intervalul de valori energetice pe care un electron nu îl poate avea într-un cristal ideal (defect-free). Aceasta este o zonă prin care un electron nu poate trece, altfel va trebui să fie între banda de valență și banda de conducere.
Lățimea benzii interzise este lărgimea spațiului energetic dintre fundul benzii de conducție și plafonul benzii de valență, în care nu există stări permise pentru electron.
Trecerea materiei în starea superconductoare este însoțită de o schimbare a proprietăților sale termice. Totuși, această schimbare depinde de tipul supraconductorilor luați în considerare. Astfel, pentru acest gen supraconductori J în absența câmpului magnetic la temperatura de tranziție Tc de transfer de căldură (absorbție sau descărcare) devine zero, și în consecință, suferă saltul termic specific, care este caracteristică a tranziției de fază dQ fel. Această dependență de temperatură a capacității de căldură a subsistemului electron al supraconductorului indică prezența unui spațiu energetic în distribuția electronilor între starea de bază a supraconductorului și nivelul excitațiilor elementare. Atunci când trecerea de la starea superconductoare la starea normală se realizează prin schimbarea câmpului magnetic aplicat, căldura trebuie absorbită (de exemplu, dacă eșantionul este izolat termic, temperatura lui este redusă). Și aceasta corespunde unei tranziții de fază de tipul i. Pentru supraconductorii de tip III, tranziția de la starea superconductoare la starea normală în orice condiții va fi o tranziție de fază a tipului K.
Fiind conectat, o pereche de electroni par să cadă într-o gaură de energie. Pentru a face acest lucru, ea trebuie să dea ceva energie laturii cristaline. Energia dată se numește energia obligatorie a perechii Ec. În consecință, pentru a transfera electronii de la starea superconductoare la cea normală, este necesar să se cheltuiască energie pentru ruperea perechii nu mai puțin decât energia de legare, adică energia D = Ec / 2 per electron. Spectrul energetic al electronilor dintr-un superconductor poate fi reprezentat după cum urmează: toate nivelurile de electroni sunt deplasate în jos comparativ cu nivelul Fermi cu o sumă egală cu D (figura 17). Dacă acum un electron dirijat intră în acest supraconductor, acesta trebuie să ocupe nivelul 2D deasupra ultimului electron ocupat de electronii perechi. Electronii din perechi rupte trebuie de asemenea să meargă acolo. Dar diferența energetică de la EF-D la EF + D va rămâne neocupată, se spune că în spectrul energetic al supraconductorului există un decalaj energetic de 2D. Cu alte cuvinte, starea normală a electronilor din supraconductor este separată de starea supraconductoare de decalajul energetic. Valoarea diferenței poate fi aproximată prin cunoașterea temperaturii critice Tr: 2D »3,5kTr. La o temperatură critică de aproximativ 20 K, energia 2D este de 2,8 × 63; 10-22 J "1.7 # 63; 10-3 eV. In cele mai multe cazuri, temperatura critica Tc de 20K și mai mică decât diferența de energie corespunde 10k eV. Trebuie spus că distanța energetică într-un superconductor nu este deloc o valoare constantă. Depinde de temperatura din câmpul magnetic. O scădere a temperaturii duce la o scădere a decalajului energetic și la o temperatură critică se estompează. Acest lucru este de înțeles. Odată cu creșterea temperaturii supraconductor sunt mai multe fononi (fononice - sunt particule reale, dar nu destul de egalitate în sensul că ei sunt capabili să existe numai în interiorul materialului, în golul fononii nu poate fi fononului de particule cvasi.). Cu o energie egală cu diferența de energie, sau mai mult ea, și de a distruge numărul de perechi în creștere, transformându-le în electroni normale. Dar vaporii mai mici rămâne, cu atât mai puțin atracția lor contribuție, cu atât mai slabă este, prin urmare, mai îngustă devine schel.Zavisimost energetic diferența de energie asupra temperaturii este prezentată în Figura 18. Curba solidă este teoretic; punctele indică valorile obținute empiric. Se poate observa foarte bun acord între teorie și experiment, ceea ce confirmă corectitudinea principalelor dispoziții ale teoriei moderne.
Supraconductivitate lipsită de Bessel. În primii ani după crearea teoriei BCS, prezența unui decalaj de energie în spectrul electronic a fost considerată trăsătură caracteristică a supraconductibilitate fără decalaj de energie - superconductivitatea fără întreruperi. După cum a arătat pentru prima dată AA. Abrikosov și L.P. Gor'kov atunci când sunt administrate impurități magnetice temperatură critică redusă în mod eficient. atomii de impuritate magnetice posedă de spin și, prin urmare, un moment magnetic de spin. În acest caz, perechea din spate sunt ca într-un câmp magnetic paralel și antiparalel unei impurități. Odată cu creșterea concentrației atomilor în impurităților magnetice supraconductoare creșterea numărului de perechi vor fi distruse, și în conformitate cu lățimea energiei gap scade. La unele n concentrare, 0,91nkr egale (ncr - concentrația la care starea supraconductoare dispare complet), diferența de energie să devină egală cu zero. Se poate presupune că apariția superconductibilitatii fără întreruperi datorită faptului că interacțiunea cu impuritatea atomii perechi porțiilor este rupt temporar. O astfel de pereche corespunde cu apariția timpului de degradare a nivelului de energie locale în decalajul de energie în sine. Odată cu creșterea concentrației de impurități diferența este din ce în ce umplut de aceste niveluri locale, până când, până când dispare cu totul. Existența electronilor formate la pereche pauză duce la dispariția diferenței de energie și perechile Cooper rămase oferă o rezistență electronică Vanishing. Am ajuns la concluzia că existența decalajului în sine nu este o condiție necesară pentru manifestarea statului supraconductoare. Mai ales că supraconductibilitate fără întreruperi, așa cum se pare că fenomenul nu este atât de rare. Principalul lucru este prezența unei stări electronice legate - perechea Cooper. Această stare poate prezenta proprietăți supraconductoare, iar în absența diferenței de energie. „Corelații pereche - a scris unul dintre creatorii teoriei BCS Schrieffer - care se bazează pe teoria pereche de electroni, cel mai important pentru a explica fenomenele fundamentale observate în starea supraconductoare.