Tiểu luận chuyên đề vật lý Các đại lượng đặc trưng cho vật liệu siêu dẫn

Siêu dẫn là một trạng thái vật chất phụ thuộc vào nhiệt độ tới hạn mà ở đónó cho phép dòng điện chạy qua trong trạng thái không có điện trở và khi đặt siêudẫn vào trong từ trường thì từ trường bị đẩy ra khỏi nó.Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng mà điện trở của một chất nào đó đột ngộtgiảm về 0 ở một nhiệt độ xác định.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tiểu luận chuyên đề vật lý " Các đại lượng đặc trưng cho vật liệu siêu dẫn "Tiểu luận chuyên đề vật lýCác đại lượng đặc trưng cho vật liệu siêu dẫn1. Khái niệm hiện tượng siêu dẫn Siêu dẫn là một trạng thái vật chất phụ thuộc vào nhiệt độ tới hạn mà ở đónó cho phép dòng điện chạy qua trong trạng thái không có điện trở và khi đặt siêudẫn vào trong từ trường thì từ trường bị đẩy ra khỏi nó. Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng mà điện trở của một chất nào đó đột ngộtgiảm về 0 ở một nhiệt độ xác định.2. Điện trở 0 Trong trạng thái siêu dẫn, điện trở bằng 0 hay rất nhỏ? Thực tế, ch ưa có kếtquả thực nghiệm nào đo được điện trở bằng 0 vì điện trở của chất siêu dẫn nhỏhơn độ nhạy của các thiết bị đo cho phépcó thể ghi nhận được. Thực nghiệm vớidụng cụ nhạy nhất cho ta điện trở của siêudẫn kim loại < 10-26 m , do đó có thể coiđiện trở của siêu dẫn kim loại bằng 0.3. Nhiệt độ tới hạn và độ rộng chuyển pha Nhiệt độ mà tại đó điện trở của mộtchất đột ngột biến mất, nghĩa là chất đó cóthể cho phép dòng điện chạy qua trongtrạng thái không có điện trở, được gọi lànhiệt độ tới hạn hoặc nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn. Kí hiệu là Tc. Hay nói cách khác, nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn là nhiệt độ mà tại đó mộtchất chuyển từ trạng thái thường sang trạng thái siêu dẫn. - 1-Tiểu luận chuyên đề vật lý Trạng thái không có điện trở của một chất gọi là trạng thái siêu dẫn và chấtcó biểu hiện trạng thái siêu dẫn gọi là chất siêu dẫn. Khoảng nhiệt độ từ khi điện trở bắt đầu suy giảm đột ngột đến khi điện trởbằng 0 được gọi là độ rộng chuyển pha siêu dẫn, kí hiệu T . T phụ thuộc vàobản chất của từng vật liệu siêu dẫn. Có 3 cách để phá vỡ trạng thái siêu dẫn là: I  I c ; H  H c ; J  J c với Hc là từtrường tới hạn và Jc là mật độ dòng tới hạn sẽ được trình bày ở các mục sau.4. Từ trường tới hạn Một vật đang ở trạng thái siêu dẫn, nếu ta tăng dần từ trường đến một giá trị( H c ) xác định có thể làm mất trạng thái siêu dẫn. Nghĩa là, dưới tác dụng của từtrường đã làm cho trạng thái siêu dẫn chuyển sang trạng thái thường. Giá trị xácđịnh của từ trường ( H c ) được gọi là từ trường tới hạn hoặc từ trường tới hạn nhiệtđộng. Nói đơn giản, từ trường mạnh nhất mà một chất còn duy trì được tính siêu 2  Tdẫn gọi là từ trường tới hạn H c . H c là hàm của nhiệt độ: H c  H 0 1   , với H0  Tc là từ trường tại T = 0 và tại T = Tc thì H c  0 .Đường cong Hc phụ thuộc vào T được gọi là đường cong ngưỡng. Nó là ranh giớiphân chia giữa trạng thái siêu dẫn và trạng thái thường. Bên trong đường congngưỡng thuộc trạng thái siêu dẫn và bên ngoài đường cong ngưỡng thuộc trạngthái thường.5. Dòng tới hạn Dòng cực đại đạt được trong trạng thái siêu dẫn được gọi là dòng tới hạn.Nói cách khác, dòng tới hạn trong trạng thái siêu dẫn là dòng điện lớn nhất khiđiện trở của chất siêu dẫn xem như bằng 0. Kí hiệu I c . Khi trong dây siêu dẫn códòng điện I lớn hơn dòng tới hạn thì trạng thái siêu dẫn bị phá vỡ. - 2-Tiểu luận chuyên đề vật lý Ngoài khái niệm dòng tới hạn, người ta còn sử dụng khái niệm mật độ dòngtới hạn J c để thay thế. Đó là giá trị dòng tới hạn trên một đơn vị diện tích bề mặtvật dẫn. Đơn vị thường dùng là A/cm2. Giá trị J c phụ thuộc rất mạnh vào từtrường và đường kính của dây siêu dẫn.6. Độ dài kết hợp Đó là khoảng cách giữa hai điện tử của cặp Cooper trong trạng thái siêu dẫn. Hayđó là khoảng cách nS = nS(r) thay đổi rất chậm theo r: ~ 10-4 cm – Đối với SD loại I: ứng với r    ns  ns ( ) – Đối với SD loại II:  ~ 10-7 cm ứng với r    ns  0 1  2  2Từ phương trình Ginzburg – Landau tính được:      2m 7. Năng lượng đặc trưng (khe năng lượng) Trong trạng thái SD, năng lượng của các trạng thái bị chiếm giảm do sựhình thành các cặp cooper làm xuất hiện các khe cấm năng lượng Eg. Trong lýthuyết BCS ta có Eg  2  3.5k BTC8. Độ xuyên sâu từ trường  Hiệu ứng Meissner xác nhận B = 0 bên trong thể tích vật siêu dẫn. Tuynhiên, sự kiện này không đúngtrên mặt của nó. Thực tế, để bùtrừ B đòi hỏi có các dòng trênbề mặt gây ra từ độ M sao chotrong thể tích vật siêu dẫn M +H = 0. Do điện trở không cácdòng bề mặt này không tiêu tánnăng lượng, ta gọi là dòng siêulỏng hay siêu dòng. Chiều dày - 3-Tiểu l ...