ถั่วทะเล. ถั่วเซเชลส์ (มะพร้าวทะเล, โคโคเดอแมร์, ถั่วมัลดีฟส์)
และ อาร์. ออชเซนเฟลด์
คำอธิบายทางกายภาพ
เมื่อตัวนำยิ่งยวดที่อยู่ในสนามแม่เหล็กคงที่ภายนอกถูกทำให้เย็นลง ในขณะที่เปลี่ยนเป็นสถานะตัวนำยิ่งยวด สนามแม่เหล็กจะถูกแทนที่ด้วยปริมาตรโดยสิ้นเชิง สิ่งนี้ทำให้ตัวนำยิ่งยวดแตกต่างจากตัวนำในอุดมคติ ซึ่งเมื่อความต้านทานลดลงเหลือศูนย์ จะเกิดการเหนี่ยวนำ สนามแม่เหล็กควรคงปริมาณไว้ไม่เปลี่ยนแปลง
การไม่มีสนามแม่เหล็กในปริมาตรของตัวนำทำให้สามารถสรุปได้จากกฎทั่วไปของสนามแม่เหล็กว่ามีเพียงกระแสพื้นผิวเท่านั้นที่มีอยู่ มันเป็นของจริงทางกายภาพและดังนั้นจึงมีชั้นบางๆ ใกล้พื้นผิว สนามแม่เหล็กของกระแสจะทำลายสนามแม่เหล็กภายนอกภายในตัวนำยิ่งยวด ในแง่นี้ ตัวนำยิ่งยวดจะมีพฤติกรรมอย่างเป็นทางการเหมือนไดแมกเนติกในอุดมคติ อย่างไรก็ตาม มันไม่ได้เป็นแม่เหล็กเนื่องจากการดึงดูดภายในนั้นเป็นศูนย์
ไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์ Meissner ได้ด้วยการนำไฟฟ้าแบบอนันต์เพียงอย่างเดียว เป็นครั้งแรกที่พี่น้อง Fritz และ ไฮนซ์ ลอนดอนโดยใช้สมการลอนดอน พวกเขาแสดงให้เห็นว่าในตัวนำยิ่งยวดสนามทะลุผ่านพื้นผิวถึงความลึกคงที่ - ความลึกของการเจาะทะลุของสนามแม่เหล็กในลอนดอน - สำหรับโลหะ ไมโครเมตร
ตัวนำยิ่งยวดประเภท I และ II
สารบริสุทธิ์ที่มีการสังเกตปรากฏการณ์ความเป็นตัวนำยิ่งยวดนั้นมีอยู่น้อย ส่วนใหญ่แล้วตัวนำยิ่งยวดจะเกิดขึ้นในโลหะผสม คุณ สารบริสุทธิ์เอฟเฟกต์ Meissner เต็มรูปแบบเกิดขึ้น และในโลหะผสมจะไม่มีการขับสนามแม่เหล็กออกจากปริมาตรโดยสมบูรณ์ (เอฟเฟกต์ Meissner บางส่วน) สารที่แสดงเอฟเฟกต์ Meissner เต็มรูปแบบเรียกว่าตัวนำยิ่งยวดประเภทที่ 1 และบางส่วนเรียกว่าตัวนำยิ่งยวดประเภทที่สอง อย่างไรก็ตาม เป็นที่น่าสังเกตว่าในสนามแม่เหล็กต่ำ ตัวนำยิ่งยวดทุกประเภทจะแสดงเอฟเฟกต์ Meissner เต็มรูปแบบ
ตัวนำยิ่งยวดประเภทที่สองมีกระแสเป็นวงกลมในปริมาตรซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กซึ่งไม่ได้เติมเต็มปริมาตรทั้งหมด แต่มีการกระจายอยู่ในนั้นในรูปแบบของเส้นใยแยกของกระแสน้ำวน Abrikosov สำหรับความต้านทานนั้นเป็นศูนย์เช่นเดียวกับตัวนำยิ่งยวดประเภทที่ 1 แม้ว่าในสถานะตัวนำยิ่งยวดในตัวนำยิ่งยวดประเภท II ความต้านทานอาจไม่เป็นศูนย์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการแยกโครงตาข่ายวอร์เท็กซ์ออกจากศูนย์กลางการปักหมุด อย่างไรก็ตาม คู่คูเปอร์มีอยู่ในสถานะนี้ และความต้านทานที่เกิดขึ้นนั้นเป็นลักษณะของการสูญเสียแบบกระจายเนื่องจากการเคลื่อนที่ของฟลักซ์แม่เหล็กภายในตัวนำยิ่งยวด
"โลงศพของโมฮัมเหม็ด"
"โลงศพของโมฮัมเหม็ด" เป็นการทดลองที่แสดงให้เห็นถึงผลกระทบของ Meissner ในตัวนำยิ่งยวด
ที่มาของชื่อ
ตามตำนาน โลงศพพร้อมร่างของศาสดาโมฮัมเหม็ดแขวนอยู่ในอวกาศโดยไม่มีการสนับสนุนใดๆ ด้วยเหตุนี้การทดลองนี้จึงถูกเรียกว่า "โลงศพของโมฮัมเหม็ด"
การตั้งค่าการทดสอบ
ตัวนำยิ่งยวดจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อเท่านั้น อุณหภูมิต่ำ(ในเซรามิก HTSC - ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 150) ดังนั้น สารจึงถูกทำให้เย็นลงก่อน เช่น โดยใช้ไนโตรเจนเหลว ถัดไป แม่เหล็กจะถูกวางบนพื้นผิวของตัวนำยิ่งยวดแบบแบน แม้แต่ในสนามที่มีการเหนี่ยวนำแม่เหล็กอยู่ที่ 0.001 T แม่เหล็กก็จะเคลื่อนที่ขึ้นด้านบนเป็นระยะทางประมาณ 1 เซนติเมตร เมื่อสนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้นจนถึงค่าวิกฤติ แม่เหล็กก็จะสูงขึ้นเรื่อยๆ
คำอธิบาย
คุณสมบัติอย่างหนึ่งของตัวนำยิ่งยวดคือการขับไล่สนามแม่เหล็กออกจากบริเวณของเฟสตัวนำยิ่งยวด เมื่อผลักออกจากตัวนำยิ่งยวดที่อยู่กับที่ แม่เหล็กจะ "ลอยขึ้น" ด้วยตัวเองและยังคง "ลอย" ต่อไปจนกว่าสภาวะภายนอกจะถอดตัวนำยิ่งยวดออกจากเฟสตัวนำยิ่งยวด จากผลดังกล่าว แม่เหล็กที่เข้าใกล้ตัวนำยิ่งยวดจะ "มองเห็น" แม่เหล็กที่มีขั้วเดียวกันและมีขนาดเท่ากันทุกประการ ซึ่งทำให้เกิดการลอยตัว
เขียนบทวิจารณ์เกี่ยวกับบทความ "Meissner Effect"
หมายเหตุ
วรรณกรรม
- เดอ เจนเนส พี.-เจ.ความเป็นตัวนำยิ่งยวดของโลหะและโลหะผสม - อ.: มีร์ 2511 - 280 น.
- มาร์ตีเนนโก ยู.// นิตยสารการศึกษาของโซรอส - 2539. - ลำดับที่ 3. - หน้า 82-86.
- Matveev A. N.ไฟฟ้าและแม่เหล็ก - ม.: มัธยมปลาย, 2526. - 463 น.
ลิงค์
- Yu. D. Tretyakov, E. A. Gudilin
- (ยูทูป)
- (ยูทูป)
- (ยูทูป)
ข้อความที่ตัดตอนมาบรรยายปรากฏการณ์ Meissner
– หมากรุกได้ถูกตั้งค่าแล้ว เกมจะเริ่มในวันพรุ่งนี้โดยสั่งให้ชกไปเสิร์ฟและเรียกบอสเซต เขาได้เริ่มสนทนากับเขาเกี่ยวกับปารีส เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงบางอย่างที่เขาตั้งใจจะทำในเมซอง เดอ ลิมเพอราทริซ [ในเจ้าหน้าที่ราชสำนักของจักรพรรดินี] ทำให้นายอำเภอประหลาดใจด้วยความทรงจำของเขา สำหรับรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ ทั้งหมดของความสัมพันธ์ในศาล
เขาสนใจเรื่องมโนสาเร่ พูดติดตลกเกี่ยวกับความรักในการเดินทางของ Bosse และพูดคุยแบบสบายๆ ในแบบที่พนักงานที่มีชื่อเสียง มั่นใจ และรอบรู้ทำ ในขณะที่เขาพับแขนเสื้อขึ้นและสวมผ้ากันเปื้อน และผู้ป่วยก็ถูกมัดไว้กับเตียง: “เรื่องนั้น ทั้งหมดอยู่ในมือของฉัน” และในหัวของฉันอย่างชัดเจนและแน่นอน เมื่อถึงเวลาลงมือทำธุรกิจ ฉันจะทำแบบไม่มีใครเหมือน และตอนนี้ ฉันสามารถพูดตลกได้ และยิ่งฉันตลกและสงบมากเท่าไร คุณก็ยิ่งมั่นใจ สงบ และประหลาดใจในอัจฉริยะของฉันมากขึ้นเท่านั้น”
หลังจากชกแก้วที่สองเสร็จ นโปเลียนก็ไปพักผ่อนก่อนทำธุระสำคัญซึ่งดูเหมือนว่าเขาจะวางข้างหน้าเขาในวันรุ่งขึ้น
เขาสนใจงานข้างหน้านี้มากจนนอนไม่หลับ และถึงแม้น้ำมูกไหลจะแย่ลงเพราะความชื้นในตอนเย็น พอเวลาบ่ายสามโมงเช้าก็สั่งน้ำมูกดังๆ เขาก็เดินออกไปที่ห้องใหญ่ ของเต็นท์ เขาถามว่าชาวรัสเซียออกไปแล้วเหรอ? เขาได้รับแจ้งว่าไฟของศัตรูยังอยู่ที่เดิม เขาพยักหน้าเห็นด้วย
ผู้ช่วยผู้ปฏิบัติหน้าที่เข้าไปในเต็นท์
“ เอ๊ะเบียน, แรปป์, โครเยซโวส, que nous ferons do bonnes Affairs aujourd"hui? [เอาล่ะ Rapp คุณคิดอย่างไร: วันนี้กิจการของเราจะดีไหม?] - เขาหันไปหาเขา
“ Sans aucun doute ฝ่าบาท [ไม่ต้องสงสัยเลยท่าน” Rapp ตอบ
นโปเลียนมองดูเขา
“Vous rappelez vous, Sire, ce que vous m"avez fait l"honneur de dire a Smolensk” Rapp กล่าว “le vin est Tyre, il faut le boire” [คุณจำคำพูดเหล่านั้นที่คุณตั้งใจจะพูดกับฉันใน Smolensk ไวน์ไม่มีจุกฉันต้องดื่มมัน]
นโปเลียนขมวดคิ้วและนั่งเงียบ ๆ เป็นเวลานาน โดยมีศีรษะวางอยู่บนมือ
“Cette pauvre armee” เขาพูดทันที “elle a bien diminue depuis Smolensk” La Fortune est une Franche Courtisane, Rapp; je le disais toujours, et je commence a l "eprouver. Mais la garde, Rapp, la garde est intacte? [กองทัพที่น่าสงสาร! มันลดน้อยลงอย่างมากตั้งแต่ Smolensk โชคลาภคือความป่าเถื่อนที่แท้จริง Rapp ฉันพูดแบบนี้มาตลอดและกำลังจะเริ่มต้น เพื่อที่จะได้สัมผัสมัน แต่ยาม แร็พ ยามยังอยู่ในสภาพสมบูรณ์หรือเปล่า?] – เขาพูดอย่างสงสัย
“อุ้ย ท่าน [ครับท่าน]” แรปป์ตอบ
นโปเลียนหยิบยาอมใส่ปากแล้วดูนาฬิกา เขาไม่อยากนอนแต่เช้ายังห่างไกล และเพื่อฆ่าเวลา จึงไม่สามารถออกคำสั่งได้อีกต่อไป เพราะทุกสิ่งทุกอย่างได้ทำเสร็จแล้วและกำลังดำเนินการอยู่
– คุณจำหน่ายบิสกิตและเลอริซโอซ์ทหารเดอลาการ์ดไหม? [พวกเขาแจกแครกเกอร์และข้าวให้ทหารยามหรือเปล่า] - นโปเลียนถามอย่างเคร่งขรึม
– อุย, ท่าน. [ครับท่าน.]
– ไมส์ เลอ ริซ? [แต่ข้าว?]
แรปป์ตอบว่าเขาได้ถ่ายทอดคำสั่งของอธิปไตยเกี่ยวกับข้าวแล้ว แต่นโปเลียนส่ายหัวด้วยความไม่พอใจ ราวกับว่าเขาไม่เชื่อว่าคำสั่งของเขาจะถูกดำเนินการ คนรับใช้เข้ามาด้วยหมัด นโปเลียนสั่งให้นำแก้วอีกใบไปให้แรปป์และจิบแก้วของเขาเองอย่างเงียบๆ
“ฉันไม่มีทั้งรสชาติและกลิ่น” เขากล่าวขณะดมแก้ว “ฉันเบื่อน้ำมูกไหลนี้แล้ว” พวกเขาพูดถึงเรื่องยา เมื่อไม่สามารถรักษาอาการน้ำมูกไหลได้จะมียาชนิดใด? คอร์วิซาร์ให้ยาอมเหล่านี้มาให้ฉัน แต่ก็ไม่ได้ช่วยอะไร พวกเขาสามารถรักษาอะไรได้บ้าง? มันไม่สามารถรักษาได้ Notre Corps เป็นเครื่องจักรที่มีชีวิตชีวา ฉันจัดระเบียบเท cela, c "est sa ธรรมชาติ; laissez y la vie a son aise, qu"elle s"y ปกป้อง elle meme: elle fera plus que si vous la paralysiez en l"encombrant de remedes Notre corps est comme une montre parfaite qui doit aller un tempo de tempo; l"horloger n"a pas la faculte de l"ouvrir, il ne peut la manier qu"a tatons et les yeux bandes. Notre corps est une machine a vivre, voila tout. [ร่างกายของเราเป็นเครื่องจักรสำหรับชีวิต นี่คือสิ่งที่มันถูกออกแบบมาเพื่อ ปล่อยให้ชีวิตอยู่ในตัวเขาคนเดียว ปล่อยให้เธอปกป้องตัวเอง เธอจะทำอะไรได้ด้วยตัวเองมากกว่าการที่คุณยุ่งเกี่ยวกับยาของเธอ ร่างกายของเราก็เหมือนนาฬิกาที่ต้องเดิน เวลาที่รู้- ช่างซ่อมนาฬิกาไม่สามารถเปิดนาฬิกาได้ และทำได้เพียงสัมผัสและปิดตาเท่านั้น ร่างกายของเราเป็นเครื่องจักรสำหรับชีวิต เท่านั้นเอง] - และราวกับว่าได้เริ่มต้นเส้นทางแห่งคำจำกัดความ คำจำกัดความที่นโปเลียนชื่นชอบ เขาก็สร้างคำจำกัดความใหม่โดยไม่คาดคิด - คุณรู้ไหมแร็ปมันคืออะไร? ศิลปะการทหาร- – เขาถาม – ศิลปะแห่งการแข็งแกร่งกว่าศัตรูในช่วงเวลาหนึ่ง เยี่ยมเลย. [นั่นสินะ]
แรปไม่ได้กล่าวไว้
– พวกที่ชั่วร้ายชอบเรื่อง Koutouzoff! [พรุ่งนี้เราจะจัดการกับ Kutuzov!] - นโปเลียนกล่าว - มาดูกัน! โปรดจำไว้ว่า ที่เบราเนา เขาได้สั่งการกองทัพ และไม่ได้ขี่ม้าเพื่อตรวจสอบป้อมปราการเลยสักครั้งในสามสัปดาห์ มาดูกัน!
เขาดูนาฬิกาของเขา มันยังเพิ่งสี่โมงเท่านั้น ฉันไม่อยากนอนชกเสร็จแล้วยังไม่มีอะไรทำ เขาลุกขึ้นเดินไปมาสวมโค้ตโค้ตและหมวกอันอบอุ่นแล้วออกจากเต็นท์ ค่ำคืนนั้นมืดและชื้น ความชื้นที่แทบไม่ได้ยินตกลงมาจากด้านบน ไฟไม่ได้ลุกโชนในบริเวณใกล้เคียงในยามฝรั่งเศส และลุกลามไปไกลผ่านควันตามแนวรัสเซีย ทุกที่เงียบสงบและได้ยินเสียงที่ส่งเสียงกรอบแกรบและเหยียบย่ำของกองทหารฝรั่งเศสซึ่งเริ่มเคลื่อนตัวเข้ายึดตำแหน่งแล้วสามารถได้ยินได้ชัดเจน
นโปเลียนเดินไปหน้าเต็นท์มองแสงไฟฟังการกระทืบและเดินผ่านทหารองครักษ์ร่างสูงสวมหมวกขนปุยซึ่งยืนทหารยามอยู่ที่เต็นท์ของเขาและเหมือนเสาสีดำยื่นออกมาเมื่อจักรพรรดิปรากฏตัวก็หยุด ตรงข้ามเขา
- คุณเข้ารับราชการมาตั้งแต่ปีไหน? - เขาถามด้วยท่าทีปกติของการสู้รบที่ดุร้ายและอ่อนโยนซึ่งเขาปฏิบัติต่อทหารอยู่เสมอ ทหารตอบเขา
มากยิ่งขึ้น ทรัพย์สินที่สำคัญตัวนำยิ่งยวดที่มีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์เรียกว่าเอฟเฟกต์ Meissner ซึ่งประกอบด้วยการกระจัดของสนามแม่เหล็กคงที่จากตัวนำยิ่งยวด จากการสังเกตการทดลองนี้ สรุปได้ว่ามีกระแสต่อเนื่องภายในตัวนำยิ่งยวด ซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กภายในซึ่งอยู่ตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กที่ใช้ภายนอกและชดเชยมัน
สนามแม่เหล็กแรงเพียงพอที่อุณหภูมิที่กำหนดจะทำลายสถานะตัวนำยิ่งยวดของสาร สนามแม่เหล็กที่มีความแรง Hc ซึ่งที่อุณหภูมิที่กำหนดทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสารจากสถานะตัวนำยิ่งยวดเป็นสถานะปกติเรียกว่าสนามวิกฤติ เมื่ออุณหภูมิของตัวนำยิ่งยวดลดลง ค่าของ Hc จะเพิ่มขึ้น การพึ่งพาสนามวิกฤติกับอุณหภูมินั้นอธิบายได้อย่างแม่นยำด้วยนิพจน์
โดยที่สนามวิกฤตที่อุณหภูมิศูนย์อยู่ที่ไหน ตัวนำยิ่งยวดก็หายไปเมื่อผ่านตัวนำยิ่งยวด กระแสไฟฟ้าความหนาแน่นมากกว่าวิกฤต เนื่องจากมันสร้างสนามแม่เหล็กมากกว่าวิกฤต
การทำลายสถานะตัวนำยิ่งยวดภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กจะแตกต่างกันระหว่างตัวนำยิ่งยวดประเภท I และประเภท II สำหรับตัวนำยิ่งยวดประเภท II มีค่าสนามวิกฤต 2 ค่า: H c1 ซึ่งสนามแม่เหล็กทะลุผ่านตัวนำยิ่งยวดในรูปแบบของกระแสน้ำวน Abrikosov และ H c2 ซึ่งความเป็นตัวนำยิ่งยวดหายไป
ผลของไอโซโทป
ผลกระทบของไอโซโทปในตัวนำยิ่งยวดคืออุณหภูมิ Tc เป็นสัดส่วนผกผัน รากที่สองจากมวลอะตอมของไอโซโทปขององค์ประกอบตัวนำยิ่งยวดเดียวกัน เป็นผลให้การเตรียมโมโนไอโซโทปแตกต่างกันบ้างในอุณหภูมิวิกฤตจากของผสมตามธรรมชาติและจากกันและกัน
ช่วงเวลาแห่งลอนดอน
ตัวนำยิ่งยวดที่หมุนได้จะสร้างสนามแม่เหล็กในแนวเดียวกับแกนการหมุนอย่างแม่นยำ โมเมนต์แม่เหล็กที่เกิดขึ้นนั้นเรียกว่า "โมเมนต์ลอนดอน" โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีการใช้ในดาวเทียมวิทยาศาสตร์ Gravity Probe B ซึ่งมีการวัดสนามแม่เหล็กของไจโรสโคปตัวนำยิ่งยวดสี่ตัวเพื่อกำหนดแกนการหมุนของพวกมัน เนื่องจากโรเตอร์ของไจโรสโคปเป็นทรงกลมที่ราบเรียบเกือบทั้งหมด การใช้โมเมนต์ลอนดอนจึงเป็นหนึ่งในไม่กี่วิธีในการกำหนดแกนการหมุนของพวกมัน
การประยุกต์ของตัวนำยิ่งยวด
มีความก้าวหน้าที่สำคัญในการได้รับตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง ตัวอย่างเช่นจากโลหะเซรามิกองค์ประกอบ YBa 2 Cu 3 O x ได้รับสารที่อุณหภูมิ T c ของการเปลี่ยนเป็นสถานะตัวนำยิ่งยวดเกิน 77 K (อุณหภูมิของการทำให้ไนโตรเจนเหลว) น่าเสียดายที่ตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิสูงเกือบทั้งหมดไม่มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี (เปราะไม่มีคุณสมบัติที่เสถียร ฯลฯ ) ซึ่งเป็นผลมาจากตัวนำยิ่งยวดที่ใช้โลหะผสมไนโอเบียมยังคงใช้ในเทคโนโลยีเป็นหลัก
ปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวดใช้เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กแรงสูง (เช่นในไซโคลตรอน) เนื่องจากไม่มีการสูญเสียความร้อนเมื่อกระแสไฟฟ้าแรงผ่านตัวนำยิ่งยวดทำให้เกิดสนามแม่เหล็กแรง อย่างไรก็ตามเนื่องจากสนามแม่เหล็กทำลายสถานะของตัวนำยิ่งยวด จึงใช้สนามแม่เหล็กที่เรียกว่าสนามแม่เหล็กแรงสูง ตัวนำยิ่งยวด Type II ซึ่งสามารถอยู่ร่วมกันได้ของตัวนำยิ่งยวดและสนามแม่เหล็ก ในตัวนำยิ่งยวดดังกล่าว สนามแม่เหล็กทำให้เกิดเกลียวบางๆ ของโลหะปกติทะลุผ่านตัวอย่าง ซึ่งแต่ละเส้นมีควอนตัมฟลักซ์แม่เหล็ก (Abrikosov vortices) สารระหว่างเกลียวยังคงเป็นตัวนำยิ่งยวด เนื่องจากไม่มีเอฟเฟกต์ Meissner เต็มรูปแบบในตัวนำยิ่งยวดประเภท II ความเป็นตัวนำยิ่งยวดจึงมีค่าที่สูงกว่ามากของสนามแม่เหล็ก H c 2 ตัวนำยิ่งยวดต่อไปนี้ส่วนใหญ่จะใช้ในเทคโนโลยี:
มีเครื่องตรวจจับโฟตอนบนตัวนำยิ่งยวด บางคนใช้การมีอยู่ของกระแสวิกฤต นอกจากนี้ยังใช้เอฟเฟกต์โจเซฟสัน การสะท้อนของ Andreev เป็นต้น ดังนั้นจึงมีเครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยวยิ่งยวด (SSPD) สำหรับการบันทึกโฟตอนเดี่ยวในช่วง IR ซึ่งมีข้อได้เปรียบเหนือเครื่องตรวจจับหลายประการ ในระยะใกล้เคียงกัน (PMT ฯลฯ) โดยใช้วิธีการตรวจจับอื่นๆ
ลักษณะเปรียบเทียบของเครื่องตรวจจับ IR ที่พบบ่อยที่สุด ไม่ได้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของความเป็นตัวนำยิ่งยวด (สี่ตัวแรก) เช่นเดียวกับเครื่องตรวจจับตัวนำยิ่งยวด (สามตัวสุดท้าย):
ประเภทเครื่องตรวจจับ |
อัตราการนับสูงสุด, s −1 |
ประสิทธิภาพควอนตัม, % |
, ค −1 |
เอ็นอีพี ดับบลิว |
InGaAs PFD5W1KSF APS (ฟูจิตสึ) | ||||
R5509-43 PMT (ฮามามัตสึ) | ||||
ศรี APD SPCM-AQR-16 (EG\&G) | ||||
Mepsicron-II (ควอนตาร์) | ||||
น้อยกว่า 1·10 -3 |
น้อยกว่า 1·10 -19 |
|||
น้อยกว่า 1·10 -3 |
กระแสน้ำวนในตัวนำยิ่งยวดประเภท II สามารถใช้เป็นเซลล์หน่วยความจำได้ โซลิตันแม่เหล็กบางตัวพบการใช้งานที่คล้ายกันแล้ว นอกจากนี้ยังมีโซลิตอนแม่เหล็กสองและสามมิติที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งชวนให้นึกถึงกระแสน้ำวนในของเหลวเฉพาะบทบาทของเส้นปัจจุบันในนั้นเท่านั้นที่เล่นโดยเส้นที่แม่เหล็กพื้นฐาน (โดเมน) เรียงกัน
การไม่มีการสูญเสียความร้อนเมื่อกระแสตรงไหลผ่านตัวนำยิ่งยวดทำให้การใช้สายเคเบิลตัวนำยิ่งยวดมีความน่าสนใจในการจ่ายไฟฟ้า เนื่องจากสายเคเบิลใต้ดินบางเส้นสามารถส่งพลังงานได้ ซึ่งวิธีดั้งเดิมต้องใช้การสร้างวงจรสายไฟที่มีสายเคเบิลหลายเส้นที่มีความหนามากกว่ามาก . ปัญหาในการป้องกันการใช้งานอย่างแพร่หลายคือต้นทุนของสายเคเบิลและการบำรุงรักษา - ไนโตรเจนเหลวจะต้องถูกสูบผ่านสายตัวนำยิ่งยวดอย่างต่อเนื่อง สายไฟตัวนำยิ่งยวดเชิงพาณิชย์เส้นแรกเปิดตัวโดย American Superconductor ที่ลองไอส์แลนด์ รัฐนิวยอร์ก ในปลายเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2551 ระบบไฟฟ้า เกาหลีใต้พวกเขากำลังจะสร้างสายไฟตัวนำยิ่งยวดที่มีความยาวรวม 3,000 กม. ภายในปี 2558
การใช้งานที่สำคัญพบได้ในอุปกรณ์วงแหวนตัวนำยิ่งยวดขนาดเล็ก - SQUIDS ซึ่งการกระทำนั้นขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อระหว่างการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กและแรงดันไฟฟ้า พวกมันเป็นส่วนหนึ่งของแมกนีโตมิเตอร์ที่มีความไวสูงเป็นพิเศษซึ่งใช้วัดสนามแม่เหล็กของโลก และยังใช้ในการแพทย์เพื่อให้ได้แมกนีโตแกรมของอวัยวะต่างๆ
ตัวนำยิ่งยวดยังใช้ใน maglevs อีกด้วย
ปรากฏการณ์ของการพึ่งพาอุณหภูมิของการเปลี่ยนไปสู่สถานะตัวนำยิ่งยวดกับขนาดของสนามแม่เหล็กนั้นถูกใช้ในไครโอตรอนต้านทานแบบควบคุม
การเคลื่อนที่ที่วุ่นวายของอะตอมของตัวนำช่วยป้องกันกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ความต้านทานของตัวนำจะลดลงตามอุณหภูมิที่ลดลง เมื่ออุณหภูมิของตัวนำลดลงอีกจะพบว่าความต้านทานลดลงโดยสิ้นเชิงและปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวด
ที่อุณหภูมิหนึ่ง (ใกล้ 0 oK) ความต้านทานของตัวนำจะลดลงอย่างรวดเร็วจนเหลือศูนย์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าตัวนำยิ่งยวด อย่างไรก็ตาม ยังมีปรากฏการณ์อีกประการหนึ่งที่สังเกตได้ในตัวนำยิ่งยวดนั่นคือเอฟเฟกต์ Meissner ตัวนำในการจัดแสดงสถานะตัวนำยิ่งยวด ทรัพย์สินที่ผิดปกติ- สนามแม่เหล็กจะถูกแทนที่ด้วยปริมาตรของตัวนำยิ่งยวดอย่างสมบูรณ์
การแทนที่ของสนามแม่เหล็กโดยตัวนำยิ่งยวด
ตัวนำที่มีสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวดนั้นตรงกันข้ามกับตัวนำในอุดมคติ โดยมีพฤติกรรมเหมือนวัสดุไดแมกเนติก สนามแม่เหล็กภายนอกถูกแทนที่จากปริมาตรของตัวนำยิ่งยวด แล้วถ้าคุณวางแม่เหล็กไว้เหนือตัวนำยิ่งยวด แม่เหล็กจะค้างอยู่ในอากาศ
การเกิดขึ้นของผลกระทบนี้เกิดจากการที่เมื่อนำตัวนำยิ่งยวดเข้าไปในสนามแม่เหล็ก กระแสเหนี่ยวนำเอ็ดดี้ จะเกิดขึ้นในนั้น สนามแม่เหล็กจะชดเชยสนามแม่เหล็กภายนอกอย่างสมบูรณ์ (เช่นเดียวกับในวัสดุไดแม่เหล็กใด ๆ ) แต่สนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำเองก็สร้างกระแสไหลวนซึ่งมีทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสเหนี่ยวนำในทิศทางและมีขนาดเท่ากัน เป็นผลให้ไม่มีสนามแม่เหล็กหรือกระแสในปริมาตรของตัวนำยิ่งยวด ปริมาตรของตัวนำยิ่งยวดถูกป้องกันโดยชั้นบาง ๆ ใกล้พื้นผิว - ชั้นผิวหนัง - โดยมีความหนา (ประมาณ 10-7-10-8 ม.) ที่สนามแม่เหล็กทะลุผ่านและเกิดการชดเชย
ก- นำตัวนำปกติที่มีความต้านทานไม่เป็นศูนย์ที่อุณหภูมิใดๆ (1) เข้าไปในสนามแม่เหล็ก ตามกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า กระแสจะเกิดขึ้นซึ่งต้านทานการแทรกซึมของสนามแม่เหล็กเข้าไปในโลหะ (2) อย่างไรก็ตาม หากแนวต้านไม่เป็นศูนย์ แนวต้านจะสลายตัวอย่างรวดเร็ว สนามแม่เหล็กแทรกซึมเข้าไปในตัวอย่างโลหะปกติและเกือบจะสม่ำเสมอ (3);
ข- จากสภาวะปกติที่อุณหภูมิสูงกว่า ต c มีสองวิธี: วิธีแรก: เมื่ออุณหภูมิลดลง ตัวอย่างจะเข้าสู่สถานะตัวนำยิ่งยวด จากนั้นจึงใช้สนามแม่เหล็ก ซึ่งจะถูกผลักออกจากตัวอย่าง ประการที่สอง: ขั้นแรกใช้สนามแม่เหล็กที่ทะลุผ่านตัวอย่าง จากนั้นลดอุณหภูมิลง จากนั้นสนามแม่เหล็กจะถูกผลักออกในระหว่างการเปลี่ยนแปลง การปิดสนามแม่เหล็กจะให้ภาพเดียวกัน
วี- หากไม่มีเอฟเฟกต์ Meissner ตัวนำที่ไม่มีความต้านทานจะมีพฤติกรรมแตกต่างออกไป เมื่อเปลี่ยนไปสู่สถานะที่ไม่มีความต้านทานในสนามแม่เหล็ก มันจะรักษาสนามแม่เหล็กไว้และจะคงไว้แม้ว่าจะลบสนามแม่เหล็กภายนอกออกแล้วก็ตาม มันจะเป็นไปได้ที่จะล้างอำนาจแม่เหล็กของแม่เหล็กโดยการเพิ่มอุณหภูมิเท่านั้น อย่างไรก็ตาม พฤติกรรมนี้ไม่ได้รับการสังเกตจากการทดลอง
ความต้านทานเป็นศูนย์ไม่ได้เป็นเพียงคุณลักษณะเฉพาะของตัวนำยิ่งยวดเท่านั้น ความแตกต่างที่สำคัญประการหนึ่งระหว่างตัวนำยิ่งยวดและตัวนำในอุดมคติคือเอฟเฟกต์ Meissner ซึ่งค้นพบโดย Walter Meissner และ Robert Ochsenfeld ในปี 1933
เอฟเฟกต์ Meissner ประกอบด้วยตัวนำยิ่งยวด "ผลัก" สนามแม่เหล็กออกจากส่วนของพื้นที่ที่มันครอบครอง สิ่งนี้เกิดจากการมีกระแสคงที่ภายในตัวนำยิ่งยวด ซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กภายในซึ่งอยู่ตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กภายนอกที่ใช้และชดเชยมัน
เมื่อตัวนำยิ่งยวดที่อยู่ในสนามแม่เหล็กคงที่ภายนอกถูกทำให้เย็นลง ในขณะที่เปลี่ยนเป็นสถานะตัวนำยิ่งยวด สนามแม่เหล็กจะถูกแทนที่ด้วยปริมาตรโดยสิ้นเชิง สิ่งนี้ทำให้ตัวนำยิ่งยวดแตกต่างจากตัวนำในอุดมคติ ซึ่งเมื่อความต้านทานลดลงเหลือศูนย์ การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กในปริมาตรจะต้องไม่เปลี่ยนแปลง
การไม่มีสนามแม่เหล็กในปริมาตรของตัวนำทำให้เราสามารถสรุปได้ กฎหมายทั่วไปสนามแม่เหล็กที่มีกระแสไหลอยู่เพียงผิวเผินเท่านั้น มันเป็นของจริงทางกายภาพและดังนั้นจึงมีชั้นบางๆ ใกล้พื้นผิว สนามแม่เหล็กของกระแสจะทำลายสนามแม่เหล็กภายนอกภายในตัวนำยิ่งยวด ในแง่นี้ ตัวนำยิ่งยวดจะมีพฤติกรรมอย่างเป็นทางการเหมือนไดแมกเนติกในอุดมคติ อย่างไรก็ตาม มันไม่ได้เป็นแม่เหล็กเพราะว่า ข้างในนั้นมีแรงดึงดูดเป็นศูนย์
เอฟเฟกต์ Meissner ได้รับการอธิบายครั้งแรกโดยสองพี่น้อง Fritz และ Heinz London พวกเขาแสดงให้เห็นว่าในตัวนำยิ่งยวด สนามแม่เหล็กทะลุผ่านพื้นผิวจนถึงความลึกคงที่ - ความลึกของการเจาะทะลุของสนามแม่เหล็กลอนดอน λ - สำหรับโลหะ ลิตร~10 -2 ไมโครเมตร.
สารบริสุทธิ์ที่มีการสังเกตปรากฏการณ์ความเป็นตัวนำยิ่งยวดนั้นมีอยู่น้อย ส่วนใหญ่แล้วความเป็นตัวนำยิ่งยวดจะเกิดขึ้นในโลหะผสม ในสารบริสุทธิ์ เอฟเฟกต์ Meissner เต็มรูปแบบจะเกิดขึ้น แต่ในโลหะผสม สนามแม่เหล็กจะไม่ถูกขับออกจากปริมาตรจนหมด (เอฟเฟกต์ Meissner บางส่วน) สารที่แสดงฤทธิ์ไมส์เนอร์เต็มเรียกว่า ตัวนำยิ่งยวดประเภทแรก และบางส่วน - ตัวนำยิ่งยวดประเภทที่สอง .
ตัวนำยิ่งยวดประเภทที่สองมีกระแสเป็นวงกลมในปริมาตรซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กซึ่งไม่ได้เติมเต็มปริมาตรทั้งหมด แต่มีการกระจายในรูปของเส้นใยแต่ละเส้น สำหรับความต้านทานนั้นเป็นศูนย์เช่นเดียวกับตัวนำยิ่งยวดประเภทที่ 1
การเปลี่ยนผ่านของสารไปสู่สถานะตัวนำยิ่งยวดจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางความร้อนของมัน อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของตัวนำยิ่งยวดที่เป็นปัญหา ดังนั้นสำหรับตัวนำยิ่งยวดประเภทที่ 1 ในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็กที่อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่าน ที เอสความร้อนของการเปลี่ยนแปลง (การดูดซึมหรือการปล่อย) กลายเป็นศูนย์ ดังนั้นจึงทนทุกข์ทรมานจากความจุความร้อนที่เพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นลักษณะของการเปลี่ยนเฟสของชนิด ΙΙ เมื่อการเปลี่ยนจากสถานะตัวนำยิ่งยวดไปเป็นสถานะปกติดำเนินการโดยการเปลี่ยนสนามแม่เหล็กที่ใช้ ความร้อนจะต้องถูกดูดซับ (ตัวอย่างเช่น หากตัวอย่างมีฉนวนความร้อน อุณหภูมิจะลดลง) และสิ่งนี้สอดคล้องกับการเปลี่ยนเฟสของลำดับที่ 1 สำหรับตัวนำยิ่งยวดประเภท II การเปลี่ยนจากตัวนำยิ่งยวดไปเป็นสถานะปกติภายใต้เงื่อนไขใด ๆ การเปลี่ยนเฟสใจดี.
ปรากฏการณ์การขับไล่ของสนามแม่เหล็กสามารถสังเกตได้ในการทดลองที่เรียกว่า "โลงศพของโมฮัมเหม็ด" หากวางแม่เหล็กไว้บนพื้นผิวของตัวนำยิ่งยวดแบบแบน จะสามารถสังเกตการลอยตัวได้ - แม่เหล็กจะแขวนในระยะหนึ่งจากพื้นผิวโดยไม่ต้องสัมผัส แม้แต่ในสนามที่มีการเหนี่ยวนำประมาณ 0.001 T แม่เหล็กก็เคลื่อนที่ขึ้นด้านบนเป็นระยะทางประมาณหนึ่งเซนติเมตร เนื่องจากสนามแม่เหล็กถูกผลักออกจากตัวนำยิ่งยวด ดังนั้นแม่เหล็กที่เข้าใกล้ตัวนำยิ่งยวดจะ "เห็น" แม่เหล็กที่มีขั้วเดียวกันและมีขนาดเท่ากันทุกประการ ซึ่งจะทำให้เกิดการลอยตัว
ชื่อของการทดลองนี้ - "โลงศพของโมฮัมเหม็ด" - เกิดจากการที่ตามตำนานโลงศพที่มีร่างของศาสดาโมฮัมเหม็ดแขวนอยู่ในอวกาศโดยไม่มีการสนับสนุนใด ๆ
คำอธิบายทางทฤษฎีครั้งแรกเกี่ยวกับความเป็นตัวนำยิ่งยวดให้ไว้ในปี 1935 โดย Fritz และ Heinz London มากกว่า ทฤษฎีทั่วไปสร้างขึ้นในปี 1950 โดย L.D. Landau และ V.L. กินส์เบิร์ก. เธอได้ แพร่หลายและเป็นที่รู้จักในชื่อทฤษฎีกินซ์บวร์ก-ลันเดา อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีเหล่านี้มีลักษณะเป็นปรากฏการณ์วิทยาและไม่ได้เปิดเผยกลไกโดยละเอียดของความเป็นตัวนำยิ่งยวด ความเป็นตัวนำยิ่งยวดในระดับจุลทรรศน์ได้รับการอธิบายครั้งแรกในปี 1957 ในงานของนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน John Bardeen, Leon Cooper และ John Schrieffer องค์ประกอบหลักของทฤษฎีของพวกเขาที่เรียกว่าทฤษฎี BCS คือสิ่งที่เรียกว่าอิเล็กตรอนคู่คูเปอร์
แม่เหล็กลอยอยู่เหนือตัวนำยิ่งยวดซึ่งระบายความร้อนด้วยไนโตรเจนเหลว
ไมสเนอร์เอฟเฟ็กต์- การกระจัดของสนามแม่เหล็กจากวัสดุโดยสมบูรณ์เมื่อเปลี่ยนเป็นสถานะตัวนำยิ่งยวด (หากการเหนี่ยวนำสนามไม่เกินค่าวิกฤติ) ปรากฏการณ์นี้ถูกพบครั้งแรกในปี 1933 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Meissner และ Ochsenfeld
ความเป็นตัวนำยิ่งยวดเป็นคุณสมบัติของวัสดุบางชนิดที่มีศูนย์อย่างเคร่งครัด ความต้านทานไฟฟ้าเมื่อถึงอุณหภูมิต่ำกว่าค่าที่กำหนด (ความต้านทานไฟฟ้าไม่ใกล้ศูนย์ แต่หายไปทั้งหมด) มีองค์ประกอบบริสุทธิ์ โลหะผสม และเซรามิกหลายสิบชนิดที่เปลี่ยนสภาพเป็นตัวนำยิ่งยวด ความเป็นตัวนำยิ่งยวดไม่เพียงแต่ขาดความต้านทานเพียงอย่างเดียวเท่านั้น แต่ยังเป็นปฏิกิริยาบางอย่างต่อสนามแม่เหล็กภายนอกอีกด้วย เอฟเฟกต์ Meissner คือการที่สนามแม่เหล็กคงที่และไม่แรงเกินไปถูกผลักออกจากตัวอย่างที่มีตัวนำยิ่งยวด ในความหนาของตัวนำยิ่งยวดสนามแม่เหล็กจะลดลงจนเหลือศูนย์ สามารถเรียกความเป็นตัวนำยิ่งยวดและแม่เหล็กได้เช่นเดียวกับคุณสมบัติที่ตรงกันข้าม
ทฤษฎีของเคนต์ โฮวินด์เสนอว่าก่อนเกิดน้ำท่วมใหญ่ ดาวเคราะห์โลกถูกล้อมรอบด้วยชั้นน้ำขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยอนุภาคน้ำแข็งที่ถูกกักเก็บไว้ในวงโคจรเหนือชั้นบรรยากาศโดยปรากฏการณ์ไมส์เนอร์
นี้ เปลือกน้ำทำหน้าที่เป็นเครื่องป้องกันจาก รังสีแสงอาทิตย์และรับประกันการกระจายความร้อนที่สม่ำเสมอบนพื้นผิวโลก
ประสบการณ์ภาพประกอบ
การทดลองที่น่าทึ่งมากซึ่งแสดงให้เห็นปรากฏการณ์ Meissner ดังแสดงในภาพถ่าย: แม่เหล็กถาวรลอยอยู่เหนือถ้วยตัวนำยิ่งยวด เป็นครั้งแรกที่นักฟิสิกส์ชาวโซเวียต V.K. Arkadyev ได้ทำการทดลองเช่นนี้ในปี 1945
สภาพตัวนำยิ่งยวดมีอยู่ที่อุณหภูมิต่ำเท่านั้น (เซรามิกตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงมีอยู่ที่อุณหภูมิประมาณ 150 K) ดังนั้นสารจะถูกทำให้เย็นลงก่อน เช่น โดยใช้ไนโตรเจนเหลว ถัดไป แม่เหล็กจะถูกวางบนพื้นผิวของตัวนำยิ่งยวดแบบแบน แม้แต่ในพื้นที่ขนาด 0.001 เทสลา ก็ยังมีการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กขึ้นด้านบนที่เห็นได้ชัดเจนในระยะห่างประมาณ 1 เซนติเมตร เมื่อสนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้นจนถึงค่าวิกฤติ แม่เหล็กก็จะสูงขึ้นเรื่อยๆ
คำอธิบาย
คุณสมบัติอย่างหนึ่งของตัวนำยิ่งยวดประเภท II คือการขับไล่สนามแม่เหล็กออกจากบริเวณของเฟสตัวนำยิ่งยวด เมื่อผลักออกจากตัวนำยิ่งยวดที่อยู่กับที่ แม่เหล็กจะลอยขึ้นมาเองและลอยต่อไปจนกว่าสภาวะภายนอกจะดึงตัวนำยิ่งยวดออกจากเฟสตัวนำยิ่งยวด จากผลนี้ แม่เหล็กที่เข้าใกล้ตัวนำยิ่งยวดจะ "เห็น" แม่เหล็กที่มีขั้วตรงข้ามซึ่งมีขนาดเท่ากันทุกประการ ซึ่งทำให้เกิดการลอยตัว