BCS-teooria: erinevus redaktsioonide vahel
Eemaldatud sisu Lisatud sisu
P HC: lisatud Kategooria:Ülijuhtivus |
P Koondasin skripti abil viited |
||
4. rida:
== Ajalugu ==
1950ndate keskel hoogustus ülijuhtivuse uurimine. Kõik algas 1948. aastal ilmunud artiklist "On the Problem of the Molecular Theory of Superconductivity" (Ülijuhtivuse molekulaarse teooria probleemist)<ref
1957. aastal formuleerisid Bardeen, Cooper ja Robert Schrieffer ülijuhtivuse mikroskoopilise mudeli, mida nimetatakse BCS-teooriaks. See avaldati 1957. aasta artiklites "Microscopic theory of superconductivity" (Mikroskoopiline teooria ülijuhtivusest) ja "The Theory of Superconductivity" (Ülijuhtivuse teooria).<ref name=":3"
1986. aastal avastati teatud materjalides [[Kõrgtemperatuurne ülijuht|kõrgtemperatuuriline ülijuhtivus]]. Kui senimaani oli kõrgeim temperatuur, mille juures ülijuhtivus oli saavutatud 30[[Kelvin|K]], siis nüüd jõuti kuni 130K-ni. Arvatakse, et BCS-teooria ei suuda üksinda antud nähtust ära seletada ja et olulised on ka teised mehhanismid.<ref
== Ülevaade ==
25. rida:
== Tõendusmaterjal ==
* '''Energiapilu Fermi nivool.'''
Kriitilise temperatuuri ja magnetvälja olemasolu eeldas energiapilu ja vihjas faasisiirdele, kuid üksikud elektronid ei saa kondenseeruda samale energia tasemele [[Pauli printsiip|Pauli printsiibi]] tõttu. Kuid järsk muutus juhtivuses vajas järsku muutust elektronide käitumises. Tõenäoliselt võivad elektronpaarid käituda hoopis nagu bosonid, seega oleks neil teised kondenseerumisreeglid ja neil puuduks elektronidele kehtiv piirang.<ref name=":0"
* '''Isotoobi mõju kriitilisele temperatuurile, mis vihjab võre interaktsioonile.'''
[[Debye' sagedus]] võre foononitel on pöördvõrdeline võre ioonide massi ruutjuurega. Näidati, et elavhõbeda ülijuhtivuse siirdetemperatuuril on sama sõltuvus. Katset tehti, vahetades looduslik elavhõbe <sup>202</sup>Hg isotoobiga <sup>198</sup>Hg.<ref
* '''[[Soojusmahtuvus|Soojusmahtuvuse]] temperatuuriline sõltuvus ülijuhtivas faasis.'''
Normaalses seisundis oleva kõdunud elektrongaasi soojusmahtuvus sõltub temperatuurist lineaarselt. Ülijuhi elektroonse soojusmahtuvuse käitumine erineb sellest olulisel, viidates energiapilu olemasolule elektronspektris.<ref name=":0" />
35. rida:
== Järeldused ==
BCS-teooriast tulenesid mitmed tähtsad teoreetilised ennustused, mis ei sõltu interaktsiooni detailidest, kuna allpool mainitud kvantitatiivsed ennustused kehtivad iga piisavalt nõrga elektronide interaktsiooni jaoks. See kehtib mitmetes madalatemperatuurilistes ülijuhtides, kus realiseerub n-ö nõrga seostuse olukord. Seda on eksperimentaalselt tõestatud mitmel juhul.
* Elektronid on seotud Cooperi paaridesse ja need paarid on omavahel korrelatsioonis. Ühe paari lõhkumiseks on vaja muuta kõikide teiste paaride energiat. Seega leidub üksikosakese ergastuse energiapilu, mitte nagu tavalises metallis, kus elektroni olekut saab muuta, lisades suvaliselt väikse koguse energiat. Energiapilu on suurim madalatel temperatuuridel ning kaob ära siirdetemperatuuril koos ülijuhtivusega. BCS-teooria näitab, kuidas pilu tavafaasis kasvab koos tõmbeinteraktsiooni jõuga ja üksikosakese olekute tihedusega Fermi nivool. Lisaks kirjeldab teooria, kuidas olekute tihedus muutub siirdel ülijuhtivasse olekusse, kus puuduvad elektronolekud Fermi nivool. Energiapilu on kõige otsesemalt vaadeldud tunnelleerimise eksperimentides ja [[Mikrolained|mikrolainete]] peegeldustest ülijuhtidelt.<ref
* BCS-teooria ennustab energiapilu Δ ja kriitilise temperatuuri T<sub>c</sub>-vahelist seost. Energiapilu väärtuse üldine suhe , kui T=0K ja kriitilise temperatuuri vahel on <math>\Delta(T=0)=1,764k_b T_c</math> sõltumata materjalist. Kriitilise temperatuuri lähedal kehtib <math>\Delta(T\rightarrow T_c)\approx 3,07k_{B}T_c \sqrt{1-(T/T_c)}</math> <ref name=":2"
* Energiapilu tõttu on ülijuhi [[erisoojus]] tugevalt maha surutud, võrreldes normaalsete elektronide erisoojusega, puuduvad soojuslikud ergastused. Kuid lähenedes siirdetemeperatuurile, muutub ülijuhi erisoojus suuremaks normaalfaasi erisoojusest (mõõdetud täpselt enne siiret). Suhe nende kahe vahel on üldiselt 2,5.<ref name=":1" />
* BCS-teooria ennustab õigesti [[Meissneri efekt]]i, mis on magnetvälja välja tõrjumine ülijuhist ja sissetungimissügavuse muutumine temperatuuriga. Efekti avastasid eksperimentaalselt [[Walter Meissner]] ja [[Robert Ochsenfeld]] ning kirjeldasid seda 1933. aasta artiklis "Ein neuer Effekt bei Eintritt der Supraleitfähigkeit" (Uus toime ülijuhtivuse ilmnemisel).<ref
* Lisaks kirjeldab see kriitilise magnetvälja muutumist temperatuuriga. Kriitilisest magnetväljast tugevamas magnetväljas ei suuda ülijuht endast välja enam eemal hoida ja muutub tavaliseks juhiks. BCS-teooria seob kriitilise välja väärtuse nulltemperatuuri juures kriitilise väljaga ja olekute tihedusega Fermi nivool.<ref name=":1" />
* Kõige lihtsamal kujul annab BCS-teooria meile ülijuhtivuse siirdetemperatuuri T<sub>c,</sub> lähtudes elektron-foonon interreaktsiooni potentsiaalist V ja Debye energiast E<sub>D</sub>. <math>k_B T_c=1,13E_D exp[-1/N(0)V]</math>, kus N(0) on elektroniline olekute tihedus Fermi nivool.<ref name=":1" />
* BCS-teooriast järeldub isotoopefekt <math>T_c\propto M^{-\alpha}</math>, kus T<sub>c</sub> on kriitiline temperatuur, M kristallvõre ioonide mass ja α isotoobi eksponent, mis BCS-teooria puhul on 0,5. Isotoopefektist teatasid 24. märtsil 1950. aastal kaks rühma, kes tegid avastuse teineteisest sõltumatult. Nad tegid katseid elavhõbeda isotoopidega. Paar päeva enne avaldamist said nad teineteiste tulemusest teada ONR konverentsil [[Atlanta]]s. Neid kahte rühma juhtisid [[Emanuel Maxwell]], kes avaldas enda tulemused artiklis "Isotope Effect in the Superconductivity of Mercury" (Isotoobi efekt elavhõbeda ülijuhtivuses), ja C. A. Reynolds, B. Serin, W. H. Wright ning L. B. Nesbitt, kes avaldasid oma tulemused 10 lk tagapool artiklis "Superconductivity of Isotopes of Mercury" (Elavhõbeda isotoopide ülijuhtivus). Tavaliselt ei avalda isotoobi valik mõju aine elektrilistele omadustele, kuid see mõjutab aine kristallvõre võnkumiste sagedust. Sellest efektist saab järeldada, et ülijuhtivus on seotud kristallvõre võnkumisega. BCS-teooria sisaldab antud järeldust, kus kristallvõre võnked tekitavad elektroni paaride sidumisenergia Cooperi paarideks.<ref name=":1"
* Little-Parksi katse – üks esimesi viiteid Cooperi paardumise printsiibi tähtsusele.<ref
== Vaata ka ==
50. rida:
== Viited==
{{viited
<ref name=":3">Bardeen, J.; Cooper, L. N.; Schrieffer, J. R. (1957). [http://prola.aps.org/pdf/PR/v106/i1/p162_1 "Microscopic Theory of Superconductivity"]. ''Physical Review''. '''106''' (1): 162–164. [[Bibcode]]:[[bibcode:1957PhRv..106..162B|1957PhRv..106..162B]]. [[Digital object identifier|doi]]:[[doi:10.1103/PhysRev.106.162|10.1103/PhysRev.106.162]].</ref>
<ref name=":4">Bardeen, J.; Cooper, L. N.; Schrieffer, J. R. (1957) [http://prola.aps.org/pdf/PR/v108/i5/p1175_1 "Theory of Superconductivity"]. ''Physical Review''. '''108''' (5): 1175–1204. [[Bibcode]]:[[bibcode:1957PhRv..108.1175B|1957PhRv..108.1175B]]. [[Digital object identifier|doi]]:[[doi:10.1103/PhysRev.108.1175|10.1103/PhysRev.108.1175]].</ref>
<ref name=":0">[http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/solids/bcs.html Nave, R. "BCS Theory of Superconductivity", Georgia osariigi ülikool,] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/solids/bcs.html [http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/solids/bcs.html (vaadatud 28.10.2016)]</ref>
<ref name=":2">Tinkham, M. (1996). ''Introduction to Superconductivity''. Dover Publications. p. 63. [[International Standard Book Number|ISBN]] [[Eri:BookSources/0-486-43503-2|0-486-43503-2]].</ref>
<ref name=":1">Annet, F. J. (2004). "Superconductivity, Superfluids and Condensates". New York: Oxford University Press. (lk 127–145)</ref>
<ref name="GK7dH">London, F. (1948) [http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.74.562 "On the Problem of the Molecular Theory of Superconductivity"]. ''Physical Review''. '''74''' (5): 562–573. [[Bibcode]]:[[bibcode:1948PhRv...74..562L|1948PhRv...74..562L]]. [[Digital object identifier|doi]]:[[doi:10.1103/PhysRev.74.562|10.1103/PhysRev.74.562]].</ref>
<ref name="ur1Pv">Bardeen, J (1955). "Theory of the Meissner Effect in Superconductors". ''Physical Review''. '''97''' (6): 1724–1725. [[Bibcode]]:[[bibcode:1955PhRv...97.1724B|1955PhRv...97.1724B]]. [[Digital object identifier|doi]]:[[doi:10.1103/PhysRev.97.1724|10.1103/PhysRev.97.1724]].</ref>
<ref name="wKrfW">Cooper, L. (1956) "Bound Electron Pairs in a Degenerate Fermi Gas". ''Physical Review''. '''104''' (4): 1189–1190. [[Bibcode]]:[[bibcode:1956PhRv..104.1189C|1956PhRv..104.1189C]]. [[Digital object identifier|doi]]:[[doi:10.1103/PhysRev.104.1189|10.1103/PhysRev.104.1189]]. [[International Standard Serial Number|ISSN]] [https://www.worldcat.org/issn/0031-899X 0031-899X].</ref>
<ref name="C3daf">Mann, A. (July 2011). [http://www.nature.com/news/2011/110720/full/475280a.html "High Temperature Superconductivity at 25: Still In Suspense"]. ''Nature''. '''475''' (7356): 280–2. [[Bibcode]]:[[bibcode:2011Natur.475..280M|2011Natur.475..280M]]. [[Digital object identifier|doi]]:[[doi:10.1038/475280a|10.1038/475280a]]. [[PubMed Identifier|PMID]] [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21776057 21776057].</ref>
<ref name="zeqj8">Maxwell, E. (1950) [http://journals.aps.org/archive/abstract/10.1103/PhysRev.78.477 "Isotope Effect in the Superconductivity of Mercury"]. ''Physical Review''. '''78'''(4): 477–477. [[Bibcode]]:[[bibcode:1950PhRv...78..477M|1950PhRv...78..477M]]. [[Digital object identifier|doi]]:[[doi:10.1103/PhysRev.78.477|10.1103/PhysRev.78.477]].</ref>
<ref name="EbEIc">Giaver, I. – Nobel Lecture. Nobelprize.org.http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1973/giaever-lecture.html</ref>
<ref name="XwIsq">Buckingham, M. J. (1956). [[doi:10.1103/PhysRev.101.1431|"Very High Frequency Absorption in Superconductors"]]. ''[[Physical Review]]''. '''101''': 1431–1432. [[Bibcode]]:[[bibcode:1956PhRv..101.1431B|1956PhRv..101.1431B]]. [[Digital object identifier|doi]]:[[doi:10.1103/PhysRev.101.1431|10.1103/PhysRev.101.1431]].</ref>
<ref name="5mPyn">Meissner, W. ; Ocsh.enfeld, R. (1933) "Ein neuer Effekt bei Eintritt der Supraleitfähigkeit" ''Die Naturwissenschaften.'' '''21''' (44): 787–788. Bibcode:[[bibcode:1933NW.....21..787M|1933NW.....21..787M]], doi:10.1007/BF01504252</ref>
<ref name="RntgJ">C. A. Reynolds, et al. (1950) "[http://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.78.487 Superconductivity of Isotopes of Mercury]" ''Physical Review'' '''78''': 487.</ref>
<ref name="mz6VA">Little, W. A.; Parks, R. D. (1962) “Observation of Quantum Periodicity in the Transition Temperature of a Superconducting Cylinder”, ''Physical Review Letters'' '''9''', 9 , doi:[[doi:10.1103/PhysRevLett.9.9|10.1103/PhysRevLett.9.9]]</ref>
}}
[[Kategooria:Ülijuhtivus]]
| |||