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超导物理学

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超导物理学
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Anonim

转变温度

绝大多数已知的超导体的转变温度都在1 K到10 K之间。在化学元素中,钨的最低转变温度为0.015 K,铌的最高转变温度为9.2K。转变温度通常对以下元素非常敏感磁性杂质的存在。例如,锌中百万分之几的锰会大大降低转变温度。

比热和导热率

在正常状态下,可以将超导体的热性能与相同材料在相同温度下的热性能进行比较。(可以通过足够大的磁场将材料在低温下强制进入正常状态。)

当向系统中放少量热量时,一些能量用于增加晶格振动(该量与正常和超导状态下的系统相同),其余部分用于增加晶格振动。传导电子的能量。电子的电子比热(C e)定义为电子所使用的那部分热量与系统温度升高之比。在正常状态和超导状态下,超导体中电子的比热随绝对温度(T)变化(如图1所示)。在足够低的温度下,超导状态下的电子比热(标为C es)比正常状态下的电子比热(标为C en)要小,但是当接近转变温度T c时,C es大于C en。对于经典的超导体,它会突然下降到C en,尽管对于高T c的超导体,曲线在T c附近具有尖峰形状。精确的测量表明,在温度大大低于转变温度时,电子比热的对数与温度成反比。这种温度依赖性与统计力学原理一起强烈表明,超导体中电子可利用的能级分布存在间隙,因此从以下状态激发每个电子所需的最小能量差距超过差距的状态。某些高T c超导体对比热成正比,与温度成正比。此行为表明存在处于低能量状态的电子状态。这种状态的其他证据是从光学性质和隧穿测量中获得的。

样品每单位面积的热流等于热导率(K)与温度梯度△T的乘积:J Q = -K△T,负号表示热量始终从温度较高的区域流向温度较低的区域。一种物质。

对于所有材料而言,无论它们是纯的还是不纯的,当温度(T)接近转变温度(T c)时,正常状态(K n)的导热率都接近超导状态(K s)的导热率。这表明,当温度(T)接近转变温度(T c)时,每个电子的能隙(Δ)接近零。这也将说明以下事实:在转变温度附近,超导状态下的电子比热(C es)比正常状态下的电子比热(C en)高:随着温​​度升高至转变温度(T c),超导状态下的能隙减小,热激发电子的数量增加,这需要吸收热量。