Alapjai az elmélet Bardeen - Cooper - Schrieffer - studopediya
Miután a szupravezetés felfedezése sok kísérletet tettek, hogy ismertesse az ilyen szokatlan hatás szupravezetés. Ezek közül sok elmélet is megőrzik értéküket. Így 1935-ben, F. és H. London, egy kétfolyadékos modell megkapta az úgynevezett London egyenlet. magyarázni sok makroszkopikus tulajdonságait szupravezetők.
1950-ben VL Ginzburg és LD Landau kidolgozott egy elméletet a szupravezetés alapján kvantummechanika. Megoldások a Ginzburg - Landau egyenleteket magyarázta, és megjósolta sok tulajdonságait szupravezetők, beleértve a tökéletes diamágnesség, mágneses fluxus kvantálás és még sokan mások.
Annak ellenére, hogy az elmélet a Ginzburg - Landau, tovább fejlődött a munkálatok AA Abrikosov és LP Gor leírt számos olyan tulajdonsággal szupravezetők, nem tudta megmagyarázni a jelenséget szupravezetés mikroszkopikus szinten.
Cooper azt mutatta, hogy a jelenléte a vonzás közötti elektronok is tetszőlegesen kis, normál multi-elektron rendszer instabillá válik, mivel a párosítási eljárást. Az elektronok ellenkező impulzusú és antiparalel pörgetést egyesítik Cooper-párok. amelyek kisebb energiát igényel, mint a normál egyéni elektronokat.
Fontolja meg, hogy a vonzás az elektronok között - ugyanolyan töltésű részecskéket. A kristályrács áll pozitív ionok, amelyek vonzzák az elektronokat. De vonzzák ionok és elektronok, kiszorítva őket a egyensúlyi helyzet. Ezt ellensúlyozza némileg miatt a nagy különbség a tömeg az ion és elektron, de létezik: mint mondják, a rácsozat polarizált. Ez az elmozdulás a töltéssel az egységesség ionok területen, és úgy értelmezhető, mint a előfordulása egy pozitív töltés. Ez a virtuális díjat vonzza a másik elektron közelben. FIELD rács polarizáció nem rögzített, együtt mozog az elektron, amely generál. Ha ilyen vonzás elsőbbséget élvez a Coulomb-taszítás, az elektronok párokba. A kölcsönhatás elektronok révén a rács lehet képviseli eredményeként emissziós egy fonon egyetlen elektron felszívódását és a másik (ábra. 5.11, a).
Ábra. 5.11. Képződése Cooper-párok: egy - a emissziós és abszorpciós elektronok
fonon; b - a spektrum a szupravezető
Legyen T = 0K és fonon a kristályrácsban hiányoznak. Az első elektron lendülete bocsát ki fonon q. ami felszívódik egy második elektrondonort. Az elektronok kölcsönhatás után és a változás impulzusokat. Ebben az esetben a törvény lendületmegmaradás
vagy, illetve a hullám vektorok
hol. - hullám vektor az elektronok, hogy kölcsönhatásba lépnek;
. - vektorok után a kölcsönhatás.
Fonon q. kérdés - szokatlan, virtuális fonon. Ellentétben a hagyományos, nem szabadon mozoghatnak egy rács, de csak egy elektront a másik. Amint azt már említettük, a nulla hőmérséklet normális fonon a rács sem.
Mivel a Cooper-pár elektront tartalmaznak antiparallel forog, akkor nulla spin és a bozont. Szerint a megoszlása a Bose - Einstein párok venni EF szint - # 916; (Ábra. 5.11, b). Az ábra azt mutatja, összehasonlítás céljából az energia spektruma normál (bal) és a szupravezető fázist. Amint látható SP állapot energia spektruma van egy rés szélessége egyenlő az energia egy pár 2 # 916;. A T 0 ≈ energia különbség maximális és egyenlő
ahol k - a Boltzmann állandó.
A létezése egy energia rés kapott kísérleti igazolását, különösen a tanulmány az abszorpciós spektrum a szupravezető a távoli infravörös tartományban. Egy frekvencia, amelyre a h # 957; = 2 # 916;. Úgy kezdődik, intenzív sugárzás elnyelése. Energia 2 # 916; fordított megtörni a pár. Növekvő hőmérséklettel is lehetséges elektronok átvitelét a résen, és a kialakulása felett párosítatlan elektronok. Nagysága a rés csökken, és a T = TSschel eltűnik.
Bezárása TC energia különbség a hőmérséklet függvényében változik kifejezés szerint
Úgy becsüljük, akkora, mint egy Cooper-pár # 958; 0 ns, és részesedésük a teljes elektronok száma. A tipikus SP-érték: EF = 10 eV, KF = 10 8 cm-1, és a TC = 10K kapjunk # 958; ≈ 10 -4 cm. Ez azt jelenti, hogy az elektronok a pár egymástól ... Március 10 április 10 rács időszakokban.
A koncentrációja Cooper-párok T = 0K lehet integrálásával határoztuk meg az expressziós (5,70). Ez 10 -4 teljes koncentrációjának a szabad elektronokat. Ahogy a hőmérséklet növekszik, és ez a koncentráció csökken T = Tc nS = 0.
Mint már említettük, ellentétben a különböző elektron - fermionok, Cooper-párok bozonok. Számukra nincs posztulátum Pauli, azaz Cooper-párok vannak ugyanolyan állapotban és megfelelnek egymásnak az összes fizikai paraméterek. A hullám funkciói elektronok SP koherens, azaz a fázisok különböznek egymástól egy konstans mennyiséggel. Így a Cooper-párok ( „Bose-kondenzáció”) egymással összekapcsolt együttese.
Az elektromos mező felgyorsul Cooper-párok, azaz részesülő kapott lendületet miatt a kapcsolat a pár. Ez az impulzus kell pontosan ugyanaz minden pár. Azonban a pár nem cserélhet energiát a rács, különben nem fog menni egy másik energia állapot, amely szerint tilos a feltételeket a modell. Képletesen szólva, a zenekar veszi ezt a kölcsönhatást, és amíg ez a nagy, teljes lendület az együttes van tárolva, azaz elektromos áram nem változik. Ez azt jelenti, hogy a díj átadása révén hajtják végre, a rostélyon ellenállás nélkül.
Ha az energia a hatás nagyobb, mint a kötési energia (T> TC. J> jC. B> BC), majd ezt a pár összeomlás és hagy egy kvantum Bose kondenzátum.
A BCS elmélet megalapozott sok empirikus összefüggéseket szupravezetés.
Fentebb tekinthető a tulajdonságai a hagyományos, alacsony hőmérsékletű szupravezetők (lásd. Táblázat. 5.1). Azt kell mondani, a fő különbség, amelyek a magas hőmérsékletű szupravezetők.
1. Nagy átmeneti hőmérséklete rejlik nitrogén hőmérsékletén (T> 77 ° K), amely nem magyarázható az aktuális BCS elmélet.
2. Kémiai HTS kapcsolatot. Ellentétben LTSC amelyek fémes (fémek, ötvözetek) vagy kovalens kémiai kötés (félvezetők), a HTSC oxidjai. Character kapcsolat vezet az a tény, hogy az ilyen szupravezetők hordozó koncentrációja kevesebb.
3. Átlagos ellenállás (T> Tc) HTS vegyületek sokkal nagyobb. mint a hagyományos fémek és erősen függ az oxigén-koncentráció.
4. Eltérően a hagyományos LTSC, ahol a hőmérséklet átalakulás megy legfeljebb 1 ... 2K ebben az átmeneti több HTSCs 4K, és függ a a minta előkészítésére
5. Ginzburg-Landau koherencia hossza a LTSC jelentése
10 -6 m HTS ez az érték sokkal kisebb -. 0,5 ... 30Aº. Emlékezzünk, hogy a koherencia hossza jellemzi a távolságok, amelyeken a sűrűség változik szupravezető párokat. Egy ilyen kis értéke a koherencia hossz HTS vezet egy szokatlan jelenség. Különösen két-dimenziós (felszíni) hibák a HTS képezhet Josephson akadályok.
Ezek és más megfigyelések arra engednek következtetni, hogy a hasonló hagyományos HTS folyamatok, de vannak különbségek kapcsolódó elsősorban egy kis koherencia hossza, egy nagy behatolási mélysége a mágneses mező, stb hogy figyelembe kell venni a tervezés magas hőmérsékletű szupravezetők mikroelektronikai eszközök. Néhány lehetséges alkalmazásban a szupravezetés hatások kriomikroelektronike alábbiakban tárgyaljuk (para. 10.2).