Nadprzewodnictwo - Polski Serwis Naukowy

Namagnesowany przedmiot lewituje nad nadprzewodnikiem schłodzonym poniżej temperatury przejścia.

Nadprzewodnictwo – stan materiału polegający na zerowej rezystancji, jest osiągany w niektórych materiałach w niskiej temperaturze.

Nadprzewodnictwo zostało wykryte w 1911 przez Kamerlingha Onnesa. Jest to zjawisko kwantowe, niemożliwe do wyjaśnienia na gruncie fizyki klasycznej. Poza zerową rezystancją inną ważną cechą nadprzewodników jest wypychanie ze swej objętości pola magnetycznego (efekt Meissnera).

Nadprzewodnictwo jest obserwowane w różnorodnych materiałach: niektórych pierwiastkach (na przykład w cynie, rtęci i ołowiu), stopach, ceramikach tlenkowych czy materiałach organicznych.

Teoria BCS jest mikroskopową teorią nadprzewodnictwa ogłoszoną w 1957 roku przez Johna Bardeena, Leona Coopera i Roberta Shrieffera. Nazwa teorii pochodzi od inicjałów jej twórców. Za stworzenie tej teorii otrzymali oni w 1972 roku Nagrodę Nobla z fizyki.
Alotropia - zjawisko występowania różnych odmian tego samego pierwiastka chemicznego różniących się właściwościami fizycznymi i chemicznymi. Odmiany alotropowe pierwiastka mogą różnić się między sobą budową kryształów lub liczbą atomów w cząsteczce.

Właściwości fizyczne nadprzewodników

Spadek oporu elektrycznego rtęci przy przejściu poniżej temperatury krytycznej (rys. zaczerpnięty z oryginalnej pracy Kamerlingha Onnesa)

Podstawową cechą charakteryzującą nadprzewodniki jest spadek do zera ich oporu elektrycznego (rezystancji) poniżej pewnej temperatury, nazywanej temperaturą krytyczną. Temperatura ta zależy od rodzaju (składu chemicznego i struktury) materiału, a także od czynników zewnętrznych – ciśnienia i pola magnetycznego.

Fizyka klasyczna – określenie wszystkich gałęzi fizyki, które w swych badaniach z rozmaitych względów nie uwzględniają efektów kwantowych. Obejmuje między innymi:
Substancja to materia składająca się z obiektów (cząstek, atomów) posiadających masę spoczynkową. Substancją nie jest zatem np. fala lub pole fizyczne (grawitacyjne, elektryczne). Substancja może być jednorodna w sensie chemicznym (np. związek chemiczny) i fizycznym (ośrodek ciągły) albo może być niejednorodna (mieszanina, granulat). Jej skład może być ustalony lub zmienny.

Drugim charakterystycznym dla nadprzewodników efektem jest wypychanie z materiału pola magnetycznego, zwane efektem Meissnera (w nadprzewodnikach pierwszego rodzaju), lub skupianie pola magnetycznego w „wiry” (w nadprzewodnikach drugiego rodzaju).

Rodzaje nadprzewodników

Na podstawie różnych kryteriów można wydzielić różne grupy nadprzewodników:

Ze względu na właściwości fizyczne:

nadprzewodniki I rodzaju, w których przy określonym krytycznym polu magnetycznym BC dochodzi do zniszczenia stanu nadprzewodzącego,

nadprzewodniki II rodzaju, w których przy określonym polu magnetycznym BC1 dochodzi do wnikania pola magnetycznego do nadprzewodnika i utworzenia stanu mieszanego, a powyżej pola BC2 zachodzi zniszczenie stanu nadprzewodzącego.

Ze względu na skład chemiczny i budowę:

niektóre pierwiastki (na przykład rtęć, kadm, ołów, cynk, cyna, glin, iryd, platyna), inne przechodzą w stan nadprzewodnictwa tylko pod bardzo wysokim ciśnieniem (na przykład tlen, fosfor, siarka, german, żelazo, lit) lub w postaci cienkich warstw (wolfram, beryl, chrom); jeszcze innych nie dało się jak dotychczas przeprowadzić w stan nadprzewodnictwa (na przykład srebro, miedź, złoto, gazy szlachetne, wodór),

stopy i związki międzymetaliczne, takie jak na przykład NbTi,

związki organiczne, w tym odmiany alotropowe węgla (fulereny, nanorurki),

tlenkowe związki miedzi i żelaza o strukturze perowskitu zarówno w postaci ceramik, jak i monokryształów.

Ze względu na stosowaną metodę opisu:

nadprzewodniki konwencjonalne, które dają się dobrze opisać teorią BCS,

nadprzewodniki niekonwencjonalne, które jeszcze nie posiadają ogólnie akceptowanej teorii tłumaczącej w zadowalający sposób ich właściwości.

Ze względu na temperaturę przejścia w stan nadprzewodnictwa:

nadprzewodniki niskotemperaturowe, o temperaturze przejścia w stan nadprzewodnictwa poniżej temperatury ciekłego azotu (77 K),

nadprzewodniki wysokotemperaturowe, o temperaturze przejścia w stan nadprzewodnictwa powyżej temperatury ciekłego azotu. Niegdyś nazywano tak ceramiczne półprzewodniki tlenkowe, ale wobec odkrywania nowych grup materiałów nadprzewodzących taka konwencja przestała być używana.

Istnieje grupa nadprzewodników ferromagnetycznych, na przykład UGe2, URhGe.

Półprzewodniki - najczęściej substancje krystaliczne, których konduktywność (przewodnictwo właściwe) może być zmieniana w szerokim zakresie (np. 10-8 do 106 S/m (simensa na metr)) poprzez domieszkowanie, ogrzewanie, oświetlenie badź inne czynniki. Przewodnictwo typowego półprzewodnika plasuje się między przewodnictwem metali i dielektryków.
Lew Dawidowicz Landau (ros. Лев Давидович Ландау, ur. 22 stycznia 1908 w Baku, zm. 1 kwietnia 1968 w Moskwie) – wybitny fizyk rosyjski.

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)