Высокотемпературные сверхпроводники




 

В 1986 г. И. Г. Беднорцем и К. А. Мюллером были открыты высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП). Критическая температура ВТСП лежит, как правило, выше температуры кипения азота (77 К). Основой этих соединений служат окислы меди, и поэтому они часто называются купратами или металлооксидами. В 1987 г. на керамике YBa2Cu3O7 была достигнута температура сверхпроводящего перехода 92 К; затем она была поднята до 125 К в соединениях таллия. Наибольшая критическая температура, достигнутая за 10 лет исследований ВТСП (~145 К), принадлежит соединениям на основе ртути. Сейчас известно более двух десятков ВТСП соединений - купратов различных металлов, они называются соответственно основным металлам: иттриевыми (например, YBa2Cu3O7-x, Tс~90К), висмутовыми (Вi2Sr2CaCu2O8, Tс~95 K), таллиевыми (Тl2BaCaCu2O8, Tс~110 K), ртутными (HgBa2CaCu2O6 Tc~125 K).

В состав оксидных сверхпроводников входит обычно 4-5 различных сортов атомов, а в элементарную кристаллографическую ячейку до 20 атомов. Практически все ВТСП обладают слоистой структурой с плоскостями из атомов Сu и О. Число промежуточных медных слоев может быть различным, синтезированы соединения, в которых число СuO2 слоев достигает 5. Существенную роль в механизме сверхпроводимости играет наличие кислорода. Результаты многочисленных экспериментов показывают, что плоскости с кислородом являются основным объектом в кристаллографической решетке, которые ответственны как за проводимость этих оксидных соединений, так и за возникновение в них сверхпроводимости при высоких температурах.

ВТСП являются типичными представителями сверхпроводников II рода с очень большим отношением лондоновской длины к длине когерентности - порядка нескольких сотен. Поэтому магнитное поле Hc2 имеет очень высокое значение, в частности у Вi 2212 оно составляет примерно 400 Тл, а Hc1 равно нескольким сотням эрстед (в зависимости от ориентации поля относительно кристалла).

Для большинства ВТСП характерна сильная анизотропия, что приводит, в частности, к весьма необычному характеру зависимости магнитного момента этих веществ от величины поля в случае, если оно наклонено к основным кристаллографическим осям. Суть эффекта состоит в том, что вследствие значительной анизотропии вихревым линиям вначале энергетически более выгодно располагаться между слоями СиО2 и лишь затем, после некоторого значения поля, начинать пронизывать эти плоскости.

 

Техника эксперимента

 

Измерение магнитных свойств и Тк сверхпроводников

 

Техника, используемая для измерения магнитных характеристик сверхпроводников, принципиально не отличается от техники для подобных измерений обычных магнитных веществ, таких, как ферромагнетики, за исключением того, что она должна быть пригодна для работы при очень низких температурах. Экспериментальные методы можно разделить на две группы: те, в которых магнитный поток В измеряется в образце, и те, в которых измеряется намагниченность образца I (фиг. 23). Каждый из этих методов обеспечивает получение полной информации о магнитных свойствах образца, но, смотря по обстоятельствам, можно выбрать тот или другой из них. Для магнитных измерений применяется разнообразная аппаратура с различной степенью сложности в зависимости от чувствительности, степени автоматизации и т. п. Однако в основе всей этой техники лежат простые методы, на одном из них мы сейчас остановимся.

 

Определение Тс индукционным методом

Индукционный метод определения Тс основан на фундаментальном свойстве сверхпроводимости - выталкивании магнитного поля из объема сверхпроводника при Т < Тс.

Рассмотрим две одинаковые катушки, намотанные друг на друга на измерительной кювете (см. рис. 25а). Взаимоиндукция такой системы до сверхпроводящего перехода, когда магнитное поле проникает в образец, равна

= kN1N2S/l, (2)

где S — площадь одного витка, l — длина катушек, N1, N2 — число витков в катушках, k~1 - коэффициент связи, показывающий,

Рис. 25. Измерительная кювета (а) и схема компенсационного измерения (б)

какая доля магнитного потока одной катушки пронизывает другую. Считая, что площадь образца равна Sоб и после перехода в сверхпроводящее состояние магнитное поле не проникает в образец, получаем

= (1-Sо//S) (3)

Пропуская через одну из катушек переменный ток I = I0 sin (wt), мы можем зарегистрировать ЭДС, наводимую в другой катушке, - U0 = U0 cos(wt), где

U0=I0R = w0 I 0 (4)

Часто по разным причинам оказывается, что So6 < S (небольшой образец, небольшая доля сверхпроводящей фазы в неоднородном керамическом образце и т. д.). В этих случаях легче зарегистрировать эффект изменения L12 по компенсационной схеме, как это показано на рис. 25 б. Принцип компенсации ясен из рисунка. Величина тока в катушках 1 и 3 подбирается такой, чтобы в приемной катушке 2 отсутствовал индуцированный сигнал (поля от катушек 1 и 3 противоположны по направлению в месте расположения катушки 2). Как только магнитные свойства образца, расположенного в катушке 3, изменяются, нарушается баланс полей, и в катушке 2 появляется ЭДС. Измеряемые величины бывают зачастую малы, и поэтому в данной работе для регистрации сигнала используется синхронный детектор.

Зная все геометрические размеры образца и кюветы, можно из измерений оценить удельный объем сверхпроводящей фазы образца.

 

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-27 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: