Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат

Cверхпроводники: история развития, современное

состояние и перспективы

Открытие в конце 1986 года нового класса высокотемпературных сверхпроводящих материалов конструктивно расширяет способности практического использования сверхпроводимости для сотворения новейшей техники и окажет революционизирующее воздействие на эффективность отраслей народного хозяйства.

Явление, заключающееся в полном исчезновении электронного сопротивления проводника при его охлаждении ниже критичной температуры, было Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат открыто нидерландским физиком Х.Камерлинг-Оннесом в 1911 году, а удовлетворительное разъяснение, отмеченное именами американских физиков Л.Купера, Дж.Бардина ,Дж.Шриффера, русского математика и физика Н.Н.Боголюбова, получило практическое внедрение этого явления посреди 60-х годов, после того как были разработаны сверхпроводящие материалы, применимые для технических применений - так трудна была неувязка Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат.

Сверхпроводимость найдена более чем у 20 металлов и огромного количества соединений и сплавов (Тк £ 23К), также у керамик (Тк > 77,4К – высокотемпературные сверхпроводники.)Синтезом всё новых и новых материалов уже удалось поднять сверхпроводимость до 160 К(практически –100 °C.В составе всех этих высокотемпературных сверхпроводников ВТСП непременно находятся ионы меди Сu²ª(роль Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат их в появлении сверхпроводимости пока не ясна ), которые служат вроде бы микроскопичными магнитами.Сверхпроводимость материалов с Тк £ 23К разъясняется наличием в веществе пар электронов, владеющих энергией Ферми, с обратными спинами и импульсами (пары Купера), которые образуются благодаря взаимодействию электронов с колебаниями ионов решетки – фононами. Все пары находятся, исходя Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат из убеждений квантовой механики, в одном состоянии (они не подчиняются статистике Ферми т.к. имеют целочисленный спин) и согласованы меж собой по всем физическим характеристикам, другими словами образуют единый сверхпроводящий конденсат.

Сверхпроводимость керамик, может быть, разъясняется взаимодействием электронов с любым другими квазичастицами.У сверхпроводимости три неприятеля: высочайшие температуры Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат, массивные магнитные поля и огромные токи.Если их величины превысят предельные значения, именуемые критичными, сверхпроводимость исчезает, сверхпроводник становится обыденным проводником.По взаимодействию с магнитным полем сверхпроводники делятся на две главные группы: сверхпроводники I и II рода.

Сверхпроводники первого рода при помещении их в магнитное поле «выталкивают» последнее так Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат, что индукция снутри сверхпроводника равна нулю (эффект Мейсснера).Напряжонность магнитного поля, при котором разрушается сверхпроводимость и поле просачивается вовнутрь проводника, именуется критичным магнитным полем Нк.У сверхпроводников второго рода существует просвет напряженности магнитного поля Нк2 > Н > Нк1, где индукция снутри сверхпроводника меньше индукции проводника в обычном состоянии.Нк1 – нижнее Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат критичное поле, Нк2 – верхнее критичное поле. Н Нк2 – сверхпроводимость нарушается.Через безупречные сверхпроводники второго рода можно пропускать ток силой: (критичный ток).Разъясняется это тем, что поле, создаваемое током, превзойдет Нк1, вихревые нити, зарождающиеся на поверхности эталона, под действием сил Лоренца, двигаются вовнутрь эталона с выделением тепла, что приводит к потере Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат сверхпроводимости.

Tk, Нк1, Нк2, неких металлов и соединений:

Вещество

Тк К

m0Нк1 Тл

m0Нк2 Тл

Pb

7.2

0.55

Nb

9.2

0.13

0.27

Te

7.8

V

5.3

Ta

4.4

Sn

3.7

V3Si

17.1

23.4

Nb3Sn

18.2

24.5

Nb3Al

18.9

Nb3Ga

20.3

34.0

Nb3Ge

23.0

37.0

(Y0.6Ba0.4)2CuO4

96

160±20

Y1.2Ba0.3CuO4-8

102

18 при 77К

Сверхпроводимость до сего времени завлекает к для себя пристальное внимание со стороны физиков-теоретиков.Ввиду трудности явления разрабатываются как можно более обыкновенные модели, из которых могли Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат быть максимально ясны его главные черты. Одно из упрощений связано с понятием размерности.Интуитивно ясно, что двухмерную, плоскую кристалическую структуру изучить, вообщем говоря, легче, чем трёхменую, пространственную; одномерную, линейную- проще, чем двухмерную. Вот почему, рассуждая о сверхпроводимости, теоретики нередко обращаются к модели так именуемого одномерного кристалла Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат. Его частички ведут взаимодействие вместе только в одном каком-то направлении, а в 2-ух других, поперечных направлениях взаимодействие меж частичками пренебрежимо малы.

В рамках таковой модели южноамериканский физик У.Литлл в 1964 году выдвинул смелое предположение: вероятны сверхпроводники не железной, а органической природы. Принципиальное место в собственных рассуждениях Литлл отводил полимерным молекулам, в Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат основной цепи которых есть чередующиеся единичные и кратные связи (химики именуют такие связи сопряжёнными). Дело в том, что любая хим связь, соединяющая атомы,- это пара принадлежащих им обоим электронов. В цепочке сопряженных связей степень обобщестления электронов еще выше: любой из их в равной мере принадлежит всем атомам цепочки Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат и может свободно передвигаться повдоль нее. Эту особенность сопряженных связей в основной цепи полимерной молекупы Литлл считал принципиальной предпосылкой для перехода в сверхпроводящее состояние. Нужной для перехода он считал и необыкновенную структуру ответвлений от основной цепи. Составив проект собственного полимера, ученый заключил: вещество с такими молекулами должно быть сверхпроводящим; более Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат того - в это состояние оно должно перебегать при не очень низкой температуре, может быть, близкой к комнатной.

Проводники, свободные от всяких энергетических утрат при совсем обыденных критериях, конечно, сделали бы революцию в электротехнике.Мысль южноамериканского физика была подхвачена в почти всех лабораториях разных государств.

Но достаточно стремительно выяснилось, что Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат выдуманный Литллом пример никоем образом перейти в сверхпроводящее состояние не способен. Но интерес рожденный смелой мыслях ,отдал свои плоды, пускай и не там, где они предвиделись на первых порах. Сверхпроводимость была таки найдена за пределами мира металлов. В 1980 году в Дании группа исследователей под управлением К. Бекгарда, эксперементируя с Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат органическим веществом из класа ион-радикальных солей, перевела его в сверхпроводящее состояние при давлении 10 килобар и температуре на 0,9 градуса выше абсолютного нуля. В 1983 году коллектив русских физиков , возглавляемый медиком физико-математических наук И.Ф. Щеголевым, достигнул от вещества такого же класса перехода в сверхпроводящее состояние уже при 7 градусах Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат абсолютной шкалы температур и при обычном давлении.В процессе всех этих поисков и проб вниманием исследователей не был обойден и карбин.( Карбин - органическое вещество, очень редкое в природе. Структура которого - нескончаемые линейные цепочки из атомов углерода.Свою структуру сохраняет при нагреве до 2000 °С , а потом, начиная приблизительно с Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат 2300 °С, она перестраивается по типу кристаллической решётки графита.Плотность карбина составляет 1,9-2,2 г/см³.

(…=С=С=С=С=С=С=С=С=С=С=С=…))

В связи с тем, что критичные температуры этих материалов не превосходили 20 К, все сделанные сверхпроводниковые устройства эксплуатировались при температурах водянистого гелия, т.е Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат. при 4-5 К. Невзирая на дефицитность этого хладоагента, высочайшие затраты энергии на его ожижение, сложность и высшую цена систем термоизоляции по целому ряду направлений началось практическое внедрение сверхпроводимости. Более крупномасштабными применениями сверхпроводников явились электромагниты ускорителей заряженных частиц, термоядерных установок, МГД-генераторов. Были сделаны бывалые эталоны сверхпроводниковых электрогенераторов, линий электропередачи, накопителей энергии, магнитных Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат сепараторов и др. В последние годы в разных капиталистических странах началось общее создание исследовательских мед ЯМР-томографов со сверхпроводниковыми магнитами, возможный рынок которых оценивается в несколько миллиардов. баксов.

Открытие высокотемпературных сверхпроводников, критичная температура которых с припасом превосходит температуру кипения водянистого азота, принципно меняет экономические характеристики сверхпроводниковых устройств, так Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат как цена хладоагента и издержки на поддержание нужной температуры понижаются в 50-100 раз. Не считая того, открытие высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) сняло теоретический запрет на предстоящее увеличение критичной температуры с 30 - прямо до комнатной. Так, со времени открытия этого явления критичная температура повышена с 30 - 130 К.

Эффект Джозефсона .

Если два сверхпроводника соединить вместе Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат «слабым» контактом, к примеру тонкой полосой из диэлектрика, через него пойдет туннельный сверхпроводящий ток, т.е. произойдет туннелирование сверхпроводящих куперовских пар. Благодаря этому обе системы сверхпроводников связаны меж собой. Связь эта очень слаба, т.к. мала возможность туннелирования пар даже через очень узкий слой изолятора.

Наличие связи приводит к тому, что Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат в следствии процесса обмена парами состояние обеих систем меняется во времени. При всем этом интенсивность и направление обмена определяется разностью фаз волновых функций меж системами. Если разность фаз j=j1 - j2 , тогда из квантовой механики следует . Энергии в точках по одну и другую сторону барьера Е1 и Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат Е2 могут отличаться только если меж этими точками существует разность потенциалов Us . В данном случае (1)

Если сверхпроводники связаны меж собой с одной стороны и разбиты слабеньким контактом с другой, то напряжение на контакте можно вызвать, меняя магнитный поток снутри образовавшегося контура. При всем этом . Беря во внимание, что квант потока и Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат поток Ф через контур может быть только nФ0 , где n=0,±1,±2,±3,... Джозефсон предсказал, что (2)

Где:

Is – ток через контакт

Ic – наибольший неизменный джозефсоновский ток через контакт

j -- разность фаз.

Из (1), (2) следует .

Так как на фазовое соотношение меж системами влеяет магнитное поле, то сверхпроводящим током контура можно управлять магнитным полем. Почти Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат всегда употребляется не один джозефсоновский контакт, а контур из нескольких контактов, включенных параллельно, так именуемый сверхпроводящий квантовый интерферометр Джозефсона (СКВИД). Величина магнитного поля, нужного для управления током, находится в зависимости от площади контура и может быть очень мала. Потому СКВИДы используют там, где нужна большая чувствительность.

ПЕРСПЕКТИВЫ ВТСП Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат .

Возможно тютчевские слова “Нам не нужно предвидеть, как слово наше отзовётся” для науки справедливы даже более, чем для прозаических ситуаций. Только время позволит судить о том, сделает ли научное открытие жизнь людей лучше.Не считая того специалист в области базовых исследовательских работ может, обычно, претендовать лишь на статус любителя по части Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат их практических приложений. Все же может быть указать на некие перспективы:

-когда рассматривался как ВТСП карбин то мечты о его высокотемпературной сверхпроводимости можно было считать беспочвенными: уж очень сходен карбин по собственной структуре с тем полимером , который предлагал Литлл и который был отторгнут как экспериментаторами, так и теоретиками Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат.Зная это, хотелось бы напомнить, что в науке иногда складывались ситуации, образно описываемые старым изречением: «Камень, который отвергли строители,– тот сделался главою угла».

Создание определенных технических изделий на базе ВТСП материалов более реально в последнее время конкретно в слаботочной технике, т.е. в микроэлектронике и вычислительной технике.

В рамках Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат программки подразумевается разработка и освоение серийного производства 3-х классов электрических сверхпроводниковых устройств:

- СКВИДы (приборы на базе джозефсоновских переходов) как сенсоры слабеньких магнитных полей для внедрения в медицине (магнитоэнцефалография), геологии и геофизике (поиск нужных ископаемых, исследование геологического строения земной коры, прогноз землетрясений), материаловедении (неразрушающий контроль материалов, конструкций), военной технике (обнаружение магнитных Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат аномалий, а именно, глубинных подводных лодок), научных исследовательских работах, связи и навигации.

Обширное освоение и внедрение СКВИД магнитометрического способа измерений позволит в маленький срок отменно поменять многие виды измерительной техники, повысить в сотки и поболее раз чувствительность устройств и точность измерений, подвести измерительные способности широкой номенклатуры датчиков Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат к теоретическому лимиту, вывести измерительную технику на высший отменно новый уровень.

- Аналого-цифровые приборы (АЦП), использующие сверхбыстрые (толики пикосекунды) переключения от джозефсоновского к "гиверовскому" режиму работы, для применений в новейших системах связи, цифровых вычислительных устройствах для обработки и анализа аналоговых сигналов и др.

- Приборы, основанные на эффекте возникновения на джозефсоновском переходе Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат неизменного напряжения при подаче на него СВЧ сигнала, для использования в прецизионных измерительных системах (к примеру, идеал Вольта).

Обширное применение ВТСП отыщет в вычислительной технике. Уже в текущее время разработаны, сделаны и испытаны макеты ячейки памяти, сверхчувствительный элемент считывания на ВТСП пленках с кратным понижением энерговыделения по сопоставлению с полупроводниковыми Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат усилителями считывания, сверхскоростные полосы связи, которые позволят прирастить производительность систем в 10 - 100 раз. Внедрение ВТСП в вычислительную технику даст кратное повышение ее быстродействия и степени интеграции. Так, переход на ВТСП соединения и понижение рабочей температуры полупроводниковых суперЭВМ позволит повысить их производительность с 10х9 до 10х12 операций/сек.

Одной из Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат многообещающих областей внедрения ВТСП будет галлактическая техника - бортовые и "забортовые" измерительная аппаратура и вычислительные системы (вероятна работа без особых устройств остывания, потому что "теневая" температура у спутников - 90 К). При всем этом при переходе на ВТСП удельная масса охлаждающей системы снизится в 50 раз, объем уменьшится в 1000 раз, надежность Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат вырастет в 10 раз.

Широкие перспективы использования ВТСП открываются в СВЧ-технике и в разработке датчиков видимого и ИК спектра с высочайшей чувствительностью.

Перечень литературы:

Г.Н. Кадыкова «Сверхпроводящие материалы» М. МИЭМ 1990

Журнальчики:

“Наука и жизнь”: №2,1985г.; №9,1994г.; №5,1996г.; №9,1996г.; №8,1997г..

----------------------------------------------------------------------------------------------

КГУ им. Шевченка

Радиофизический факультет

Реферат по предмету

“История физических наук”

Педагог Коваленко В Сверхпроводимость : история развития, современное состояние, перспективы - реферат. Ф.

Студент 3-го курса,специальность АНД

Цяпа С.М.

----------------------------------------------------------------------------------------------


sverhmoshnoe-dihanie-povishaet-uroven-energii.html
sverhoperativnosti-l-m-bueva-doktor-psiholog-nauk.html
sverhprivlekatelnoe-obyavlenie.html