Fisika superkonduktivitas

Temperatur transisi

Sebagian besar superkonduktor yang diketahui memiliki suhu transisi yang terletak antara 1 K dan 10 K. Dari unsur-unsur kimia, tungsten memiliki suhu transisi terendah, 0,015 K, dan niobium yang tertinggi, 9,2 K. Suhu transisi biasanya sangat sensitif terhadap adanya pengotor magnetik. Beberapa bagian per juta mangan dalam seng, misalnya, sangat menurunkan suhu transisi.

Panas spesifik dan konduktivitas termal

Sifat termal dari superkonduktor dapat dibandingkan dengan mereka yang dari bahan yang sama pada suhu yang sama dalam keadaan normal. (Bahan dapat dipaksa ke kondisi normal pada suhu rendah oleh medan magnet yang cukup besar.)

Ketika sejumlah kecil panas dimasukkan ke dalam sistem, sebagian energi digunakan untuk meningkatkan getaran kisi (jumlah yang sama untuk sistem dalam kondisi normal dan dalam superkonduktor), dan sisanya digunakan untuk meningkatkan energi elektron konduksi. Panas spesifik elektronik (C _e) dari elektron didefinisikan sebagai rasio dari bagian panas yang digunakan oleh elektron terhadap kenaikan suhu sistem. Panas spesifik elektron dalam superkonduktor bervariasi dengan suhu absolut (T) dalam normal dan dalam kondisi superkonduktor (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1). Elektronik tertentu panas di negara superkonduktor (ditunjuk C _es) lebih kecil dari pada keadaan normal (ditunjuk C _en) pada suhu cukup rendah, tetapi C _es menjadi lebih besar dari C _en sebagai suhu transisi T _c didekati, di mana titik tetes tiba-tiba ke C _en untuk superkonduktor klasik, meskipun kurva memiliki bentuk puncak dekat T _c untuk tinggi-T _c superkonduktor. Pengukuran yang tepat telah menunjukkan bahwa, pada suhu yang jauh di bawah suhu transisi, logaritma panas spesifik elektronik berbanding terbalik dengan suhu. Ketergantungan suhu ini, bersama dengan prinsip-prinsip mekanika statistik, sangat menunjukkan bahwa ada kesenjangan dalam distribusi tingkat energi yang tersedia untuk elektron dalam superkonduktor, sehingga energi minimum diperlukan untuk eksitasi setiap elektron dari keadaan di bawah ini. celah untuk keadaan di atas kesenjangan. Beberapa superkonduktor _ber- Tc tinggi memberikan kontribusi tambahan terhadap panas spesifik, yang sebanding dengan suhu. Perilaku ini menunjukkan bahwa ada keadaan elektronik yang berada pada energi rendah; bukti tambahan dari keadaan tersebut diperoleh dari sifat optik dan pengukuran tunneling.

Aliran panas per satuan luas dari sampel sama dengan produk dari konduktivitas termal (K) dan gradien suhu △ T: J _Q = -K △ T, tanda minus menunjukkan panas yang selalu mengalir dari hangat ke daerah yang lebih dingin dari zat.

Konduktivitas termal dalam keadaan normal (K _n) mendekati konduktivitas termal di negara superkonduktor (K _s) sebagai suhu (T) mendekati suhu transisi (T _c) untuk semua bahan, apakah mereka murni atau tidak murni. Ini menunjukkan bahwa celah energi (Δ) untuk setiap elektron mendekati nol ketika suhu (T) mendekati suhu transisi (_Tc). Ini juga akan menjelaskan fakta bahwa panas spesifik elektronik dalam keadaan superkonduktor (C _es) lebih tinggi daripada dalam keadaan normal (C _en) di dekat suhu transisi: karena suhu dinaikkan ke arah suhu transisi (_Tc), kesenjangan energi dalam keadaan superkonduktor berkurang, jumlah elektron tereksitasi meningkat, dan ini membutuhkan penyerapan panas.