NADPRZEWODNICTWO PRZEWODNICTWO ELEKTRYCZNE METALI PRZEWODNICTWO ELEKTRYCZNE METALI. rezystywność

Podobne dokumenty
Nadprzewodniki. W takich materiałach kiedy nastąpi przepływ prądu może on płynąć nawet bez przyłożonego napięcia przez długi czas! )Ba 2. Tl 0.2.

POLITECHNIKA GDAŃSKA NADPRZEWODNICTWO I EFEKT MEISSNERA

Zamiast przewodnika z miedzi o bardzo dużych rozmiarach możemy zastosowad niewielki nadprzewodnik niobowo-tytanowy

Układ okresowy. Przewidywania teorii kwantowej

Nadprzewodnictwo i efekt Meissnera oraz ich wykorzystanie. Anna Rutkowska IMM sem. 2 mgr

Chemia nieorganiczna. Copyright 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

PIERWIASTKI W UKŁADZIE OKRESOWYM

Nadprzewodnictwo w materiałach konwencjonalnych i topologicznych

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Nadprzewodnictwo. Nadprzewodnictwo

Chemia nieorganiczna. Pierwiastki. niemetale Be. 27 Co. 28 Ni. 26 Fe. 29 Cu. 45 Rh. 44 Ru. 47 Ag. 46 Pd. 78 Pt. 76 Os.

Czym jest prąd elektryczny

WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNE. Oddziaływanie pola elektrycznego na materiał. Przewodnictwo elektryczne. Podstawy Nauki o Materiałach

NADPRZEWODNIKI WYSOKOTEMPERATUROWE (NWT) W roku 1986 Alex Muller i Georg Bednorz odkryli. miedziowo-lantanowym, w którym niektóre atomy lantanu były

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Gaz Fermiego elektronów swobodnych. Gaz Fermiego elektronów swobodnych

Wiązania. w świetle teorii kwantów fenomenologicznie

Ciała stałe. Literatura: Halliday, Resnick, Walker, t. 5, rozdz. 42 Orear, t. 2, rozdz. 28 Young, Friedman, rozdz

Konwersatorium 1. Zagadnienia na konwersatorium

ul. Umultowska 89b, Collegium Chemicum, Poznań tel ; fax

Inne koncepcje wiązań chemicznych. 1. Jak przewidywac strukturę cząsteczki? 2. Co to jest wiązanie? 3. Jakie są rodzaje wiązań?

Model elektronów swobodnych w metalu

Układ okresowy. Przewidywania teorii kwantowej

Zaburzenia periodyczności sieci krystalicznej

Pierwiastki nadprzewodzące

Teoria VSEPR. Jak przewidywac strukturę cząsteczki?

Struktura elektronowa

Właściwości kryształów

Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach

Pierwiastek: Na - Sód Stan skupienia: stały Liczba atomowa: 11

Elektryczne własności ciał stałych

Atom wodoru w mechanice kwantowej. Równanie Schrödingera

Przewodność elektryczna ciał stałych. Elektryczne własności ciał stałych Izolatory, metale i półprzewodniki

Wykład 9 Wprowadzenie do krystalochemii

Nadprzewodnictwo i efekt Meissnera oraz ich wykorzystanie.

Momentem dipolowym ładunków +q i q oddalonych o 2a (dipola) nazwamy wektor skierowany od q do +q i o wartości:

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

Pole magnetyczne Wykład LO Zgorzelec

Nadprzewodniki wysokotemperaturowe. Zastosowania nadprzewodników starych i nowych. Koniec odkryć?

Chemia nieorganiczna. Pierwiastki. niemetale Be. 27 Co. 28 Ni. 26 Fe. 29 Cu. 45 Rh. 44 Ru. 47 Ag. 46 Pd. 78 Pt. 76 Os.

Natężenie prądu elektrycznego

Wykład IV. Półprzewodniki samoistne i domieszkowe

Wykład VI. Teoria pasmowa ciał stałych

Repeta z wykładu nr 6. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Metal-półprzewodnik

Wykład III. Teoria pasmowa ciał stałych

Materiały katodowe dla ogniw Li-ion wybrane zagadnienia

STRUKTURA PASM ENERGETYCZNYCH

Teoria pasmowa. Anna Pietnoczka

Nadprzewodniki wysokotemperatu rowe. I nie tylko.

Wykład 3 Zjawiska transportu Dyfuzja w gazie, przewodnictwo cieplne, lepkość gazu, przewodnictwo elektryczne

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Pasma energetyczne. Pasma energetyczne

TEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH

Repeta z wykładu nr 3. Detekcja światła. Struktura krystaliczna. Plan na dzisiaj

Elektronowa struktura atomu

Elementy teorii powierzchni metali

Rekapitulacja. Detekcja światła. Rekapitulacja. Rekapitulacja

Przyrządy i układy półprzewodnikowe

Elektryczne własności ciał stałych

) (*#)$+$$ poniedziałki 13:30-15:00 wtorki 12:00-14:00 pitek 8:30-10:00

Przyrządy półprzewodnikowe

Pasmowa teoria przewodnictwa. Anna Pietnoczka

Fizyka i technologia złącza PN. Adam Drózd r.

Teoria pasmowa ciał stałych

Chemia nieorganiczna. Copyright 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

Podstawy fizyki wykład 4

Podstawy krystalografii

b) Pierwiastek E tworzy tlenek o wzorze EO 2 i wodorek typu EH 4, a elektrony w jego atomie rozmieszczone są na dwóch powłokach elektronowych

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Półprzewodniki. Półprzewodniki

Duży, mały i zerowy opór. Od czego zależy, czy materiał przewodzi prąd?

UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW

Zjawiska zachodzące w półprzewodnikach Przewodniki samoistne i niesamoistne

ZAPROSZENIE DO SKŁADANIA OFERT

Nadpłynność i nadprzewodnictwo

Chemia. dr hab. Joanna Łojewska Zakład Chemii Nieorganicznej r Odkrycie fosforu przez Henninga Branda

Nadprzewodnikowe zasobniki energii (SMES)

imię i nazwisko numer w dzienniku klasa

półprzewodniki Plan na dzisiaj Optyka nanostruktur Struktura krystaliczna Dygresja Sebastian Maćkowski

Krystalografia. Typowe struktury pierwiastków i związków chemicznych

Różne dziwne przewodniki

Półprzewodniki samoistne. Struktura krystaliczna

Pole przepływowe prądu stałego

1. Od czego i w jaki sposób zależy szybkość reakcji chemicznej?

Nadprzewodniki wysokotemperaturowe. Joanna Mieczkowska

i elementy z półprzewodników homogenicznych część II

Przerwa energetyczna w germanie

Repeta z wykładu nr 5. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Złącze p-n. złącze p-n

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY

P R A C O W N I A

Rozszczepienie poziomów atomowych

Title: Otrzymywanie i właściwości skonsolidowanego nadprzewodnika MgB2

Źródła światła w AAS. Seminarium Analityczne MS Spektrum Zakopane Jacek Sowiński MS Spektrum

Prąd elektryczny - przepływ ładunku

Układ okresowy Przewidywania teorii kwantowej

Frustracja i współzawodnictwo oddziaływań magnetycznych w związkach międzymetalicznych ziem rzadkich. Ł. Gondek

Pole magnetyczne. Magnes wytwarza wektorowe pole magnetyczne we wszystkich punktach otaczającego go przestrzeni.

Ładunki puszczamy w ruch. Wykład 12

Zadania treningowe na kolokwium

Elektrodynamika. Część 5. Pola magnetyczne w materii. Ryszard Tanaś. Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Szkła. Forma i odlewy ze szkła kwarcowego wykonane w starożytnym Egipcie (około roku 2500 p.n.e.)

CHEMIA WARTA POZNANIA

XXIII Konkurs Chemiczny dla Uczniów Szkół Ponadgimnazjalnych. Etap II. Poznań, Zadanie 1. Zadanie 2. Zadanie 3

Siła magnetyczna działająca na przewodnik

Transkrypt:

rezystancja szczątkowa rezystywność NADPRZEWODNICTWO PRZEWODNICTWO ELEKTRYCZNE METALI Klasyczna Teoria Drudego (1900) nośnikami ładunku są elektrony swobodne podlegające rozkładowi oltzmanna, wszystkie elektrony biorą udział w przenoszeniu ładunku, elektrony swobodne rozpraszają swoją energię podczas zderzeń z węzłami sieci krystalicznej, Pomimo oczywistych sprzeczności założeń tej teorii z modelem kwantowym (Planck 1900, ohr 1930) jej wyniki formalne nie są błędne. Współczesne teorie przewodnictwa ruch kuli Fermiego w polu elektrycznym powierzchnia Fermiego powierzchni kuli w przestrzeni pędów obsadzona przez elektrony (fermiony) o pędzie Fermiego. równanie przewodnictwa dv 1 me e E me v dt t i rozwiązanie tego równania v(t) V d 1 e t t t relaksacja V d dryf PRZEWODNICTWO ELEKTRYCZNE METALI Co jest przyczyną rezystancji? Fala elektronowa w idealnie periodycznym ośrodku nie powinna być rozpraszana. Lecz w każdej temperaturze powyżej 0 K istnieją fonony zaburzające perfekcyjność sieci. W konsekwencji dochodzi do rozpraszania elektronów spowodowanego: oddziaływaniem elektronów z fononami; oddziaływaniem elektronów z defektami sieci (domieszki, wakancje, granice ziaren itp.) metal rzeczywisty T T 5 metal idealny temperatura 1

PRZEWODNICTWO ELEKTRYCZNE METALI W 1911 r. Kamerlingh Onnes odkrył, że rezystancja pręta wykonanego z czystej rtęci w skrajnie niskich temperaturach (T c ) spada praktycznie do zera. Temperatura, w której zachodziło zjawisko nazwane przez niego nadprzewodzeniem wynosiła 4,2 K. W rok później stwierdził, że stan nadprzewodzący zostaje zachowany tak w zewnętrznym polu magnetycznym jak i dla dużych wartości natężenia prądu (poniżej wartości krytycznych). PRZEWODNICTWO ELEKTRYCZNE METALI Li e 0.026 C N O F Ne Na Mg Al 1.14 K Ca c Ti 0.39 10 Rb r Y Zr 0.546 Cs a La 6.0 110 4.7 f 0.12 V 5.38 142 Nb 9.5 198 Ta 4.483 83 Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn 0.875 Mo 0.92 9.5 W 0.012 0.1 Tc 7.77 141 Re 1.4 20 Ru 0.51 7 Os 0.655 16.5 Rh 0.03 5 Ir 0.14 1.9 5.3 Pd Ag Cd 0.56 3 Pt Au g 4.153 41 10 Ga 1.091 5.1 In 3.4 29.3 Tl 2.39 17 i P Cl Ar Ge As e r Kr n 3.72 30 Pb 7.19 80 b Te I Xe i Po At Rn Temperatury przejścia w stan nadprzewodzący są niskie; w najlepszym razie T c nie przekracza 10 K (niob). Dobrze przewodzące metale są złymi nadprzewodnikami. Magnetyczne metale bloku 3d nie wykazują właściwości nadprzewodzących. Zachowanie się nadprzewodnika w polu magnetycznym zależy zarówno od temperatury jak i od natężenia pola : 2 T c 0 1 Tc Krytyczna wartość natężenia pola magnetycznego, c, jest drugim obok T c parametrem charakteryzującym nadprzewodnik. 2

Rok 1930 Walther Meissner i Robert Ochsenfeld stwierdzili, że pole magnetyczne () jest wypychane z nadprzewodnika (efekt Meissnera). Idealny przewodnik Nadprzewodnik Chłodzenie bez pola Chłodzenie z polem Chłodzenie bez pola Chłodzenie z polem = 0 chłodzenie = 0 chłodzenie = 0 = 0 Usunięcie Usunięcie Usunięcie Usunięcie W odróżnieniu od idealnego przewodnika strumień magnetyczny w nadprzewodniku jest zerowy również przy chłodzeniu w polu magnetycznym. Czyli: d nie tylko 0 ale również 0 dt co oznacza, że nadprzewodnik jest idealnym diamagnetykiem i możliwe jest zjawisko lewitacji magnetycznej. M v paramagnetyk diamagnetyk idealny diamagnetyk (nadprzewodnik) Rok 1934 bracia Fritz i einz Londonowie zaproponowali opis zjawiska Meissnera w oparciu o podstawowe zależności elektrodynamiczne (prawa Maxwella) i model dwucieczowy (two-fluid model). Konsekwencja wypychania strumienia z nadprzewodnika jeżeli gęstość strumienia magnetycznego we wnętrzu nadprzewodnika musi pozostać zerowa to prąd elektryczny może płynąć jedynie po jego powierzchni. (x) zew e x L Jednak prąd ten musiałby płynąć tylko po nieskończenie cienkiej powierzchni lub musiałby być nieskończenie wielki. Konieczne jest wprowadzenie pojęcia głębokości wnikania. L m n e 0 2 i i i 3

Rok 1950 Lew Landau i Vitalij Ginzburg stworzyli opis makroskopową teorię nadprzewodnictwa w oparciu o termodynamiczny opis przejść fazowych II rodzaju (L.Landau). Do równań wprowadzili parametr porządku Y mający cechy funkcji falowej jego moduł może być interpretowany jako gęstość elektronów nadprzewodzących oraz empiryczne stałe a i b. Najważniejsze wnioski tej teorii to: 1.Istnieje krytyczna wartość pola magnetycznego niszczącego nadprzewodnictwo c ; 2.Pole magnetyczne wnika w nadprzewodnik na głębokość ; 3.Istnieje maksymalna odległość występowania zmian parametru Y po wprowadzeniu zaburzenia długość koherencji x; 4.Istnieje parametr G-L opisujący zachowanie się nadprzewodnika k =/x; 5.Może istnieć stan pośredni pomiędzy nadprzewodzącym a normalnym w zależności od wartości parametru k; 6.Istnieje prosta zależność pomiędzy podstawowymi parametrami: 0 c x const. 2 0 2 Rok 1950 Aleksij Abrikosow na podstawie teorii G-L przewiduje istnienie nadprzewodników I i II rodzaju. Opisał także strukturę stanu mieszanego (faza zubnikowa). 2003! 0 c1 c c2 Powierzchnie równoważne Nadprzewodniki I rodzaj x >, dodatnia wartość energii powierzchniowej, przejście do stanu normalnego jest I rodzaju; Nadprzewodniki II rodzaju x <, ujemna wartość energii powierzchniowej, przejście do stanu normalnego jest II rodzaju (ciągłe) istnieje obszar przejściowy; M tan mieszany Nadprzewodniki II rodzaju w stanie mieszanym zawierają w sobie obszary normalnego przewodnika w postaci włókien (wirów) otoczonych prądami nadprzewodzącymi. c1 c2 -M vortex 4

Rok 1957 John arden, Leon Cooper i Robert hrieffer prezentują kwantową teorię nadprzewodnictwa. Jej założenia to: 1. Niska temperatura minimalizacja ilości fononów termicznych tylko do oddziaływujących z elektronami; 2. Wysoka gęstość elektronów o energii nieco powyżej poziomu Fermiego; 3. ilne oddziaływania elektron fonon; W modelu C oddziaływanie elektron fonon umożliwia łączenie się elektronów o przeciwnych momentach magnetycznych i przeciwnych spinach w pary Coopera będące pseudo-bozonami. Pary te tworzą kondensat osego-einsteina na poziomie energetycznym oddzielonym od poziomu wzbudzeń przerwą energetyczną uniemożliwiającą rozpraszanie elektronów. Teoria C znalazła potwierdzenie empiryczne: rzeczywisty przenoszony ładunek jest równy 2 e; efekt izotopowy potwierdza parowanie elektronów; potwierdzenie istnienia przerwy energetycznej (adsorpcja mikrofal, określenie ciepła właściwego); korelacja wielkości C i T C ; Rok 1962 rian Josephson przedstawia teoretyczny opis tunelowania nadprzewodzących elektronów przez cienką warstwę dielektryka. W normalnym przewodniku prąd elektryczny płynie jedynie w przypadku istnienia różnicy potencjałów oraz ciągłości połączeń elektrycznych. W złączu Josephsona prąd stały płynie przez cienki (< 1 nm) obszar dielektryka nawet w przypadku braku zewnętrznego źródła napięcia. Efekt ten przypisany jest niespójnemu oddziaływaniu fazowemu par Coopera w rozłączonych nadprzewodnikach. 5

Mikroskopowy Obraz Nadprzewodnictwa Niskotemperaturowego 1. Nadprzewodniki wykazują idealny diamagnetyzm; 2. Nadprzewodniki wykazują nieskończoną przewodność; 3. W polach elektrycznych o częstościach optycznych (10 11 z) zachowują się jak normalne metale; 4. tan nadprzewodzący jest nieco bardziej uporządkowany niż stan normalny zaś przejście w niego jest zespołowe ; 5. Większość nadprzewodników zachowuje się w podobny sposób; 6. Materiały dobrze przewodzące w stanie normalnym (Cu, Ag) nie są nadprzewodnikami; 7. jest prawdopodobnie niezależne od struktury krystalicznej; 8. Nie ma dowodu na przejście fazowe w T C ; 9. Przyczyną nadprzewodnictwa są efekty kwantowe związane z parowaniem elektronów; NADPRZEWODNICTWO WYOKOTEMPERATUROWE Rok 1986 Georg ednorz i Karl Alex Müller odkrywają wysokotemperaturowe (po raz pierwszy) nadprzewodnictwo w materiale tlenkowym (to odkryto wcześniej) - a x La 5-x Cu 5 O 5(3-y). NADPRZEWODNICTWO WYOKOTEMPERATUROWE Od roku 1987.. Ya 3 Cu 4 O x (9223C structure) - 177 K n 0,1 Pb 0,5 In 0,5 a 4 Tm 4 Cu 7 O 20+d 185K (n 5 In)a 4 Ca 2 Cu 11 O y ~218 K (Tl 4 a)a 2 MgCu 8 O 13+ ~ 265 K (Tl 4 Pb)a 2 MgCu 8 O 13+ +3C (Tl 5 Pb 2 )a 2 i 2.5 Cu 8.5 O 17+ +35C 6

TRUKTURY NADPRZEWODZĄCE Fazy A15 związki typu A 3 krystalizujące w strukturze typu A15. Najbardziej popularna struktura nadprzewodników stopowych. Atomem A jest zazwyczaj metal bloku d (V, Nb) zaś atomem metal bloku s (n, Al, Ga, i, Ge). A Związek T C C V 3 Ga 15,4K 23T V 3 i 17,1K 23T Nb 3 n 18,3K 24T Nb 3 Al 18,9K 33T Nb 3 Ga 20,3K 34T Nb 3 n 23,0K 38T Ten ostatni związek znalazł zastosowanie praktyczne w nadprzewodzących magnesach stosowanych w NMR czy MRI. TRUKTURY NADPRZEWODZĄCE Fazy Chevrela odkryte w 1971 roku przez Rogera Chevrela (Universytet w Rennes) Fazy Chevrela to potrójne związki molibdenu typu M x Mo 6 X 8. Atomem M może być dowolny metal ziem rzadkich (4f) zaś X to, e lub Te. Atomy M tworzą sieć o symetrii regularnej otaczającą wielościany Mo 6 X 8. W związkach tych po raz pierwszy stwierdzono połączenie właściwości magnetycznych i nadprzewodzących. Temperatury krytyczne związków Chevrela są stosunkowo wysokie, bardzo wysokie są wartości C. Związek T C, K C, T nmo 6 8 12 34 PbMo 6 8 15 60 LaMo 6 8 7 45 TRUKTURY NADPRZEWODZĄCE orowęgliki niklu zawierające metale ziem rzadkich. orowęgliki niklu typu RENi 2 2 C odkryte w 1994 mają stosunkowo wysokie T C oraz temperatury Neela tego samego rzędu. Połączenie właściwości magnetycznych z nadprzewodnikami tłumaczone jest izolowaniem pozycji w strukturze krystalicznej zajmowanych przez magnetyczne atomy (Ni) od ścieżek przewodzenia. Pary Coopera mogą okrążać te pozycje bez oddziaływań magnetycznych. Y, Lu, Tm, Er, o, Dy (Tb, Gd, Nd, Pr, Ce, Yb) Ni C 7

TRUKTURY NADPRZEWODZĄCE w dobrze znanym borku magnezu odkryto dopiero w 2001 roku. 7 orek magnezu, Mg 2, charakteryzuje się wysoką temperaturą krytyczną, 40K, lecz stosunkowo niskim polem krytycznym, 10 T. Pomimo to, jego właściwości mechaniczne, kowalność i plastyczność, pozwalają na zastosowanie go w postaci drutów. Tak wysoka temperatura może wskazywać na niekonwencjonalne nadprzewodnictwo związane zapewne z anomalnymi fononami. TRUKTURY NADPRZEWODZĄCE Nadprzewodniki na bazie CoO 2. W 2003 roku stwierdzono nadprzewodnictwo w tlenek kobaltu(iv) zawierającym niestechiometryczne ilości sodu i wody Na 0,35 CoO 2 1,3 2 O. Związek ten zbudowany jest z warstw CoO 2 przedzielonych izolującymi warstwami atomów sodu i cząsteczek wody. Nadprzewodzenie zachodzi pomiędzy warstwami tlenowokobaltowymi. TRUKTURY NADPRZEWODZĄCE Nadprzewodniki organiczne zostały teoretycznie przewidziane w 1964 roku przez illa Little a odkryte w 1980 przez Klausa echgaarda. ole echgaarda są zazwyczaj jednowymiarowymi nadprzewodnikami o bardzo niskiej gęstości nośników. Ich właściwości przewodzące są skrajnie anizotropowe. Większość tego typu związków to (TMTF) 2 -X gdzie X to anion taki jak ClO 4 czy PF 6. Temperatury krytyczne są rzędu 1K zaś samo nadprzewodnictw występuje zazwyczaj pod wysokim ciśnieniem. C 3 C 3 e e e C 3 e TMTF tetrametylotetraselenofulwan EDT-TTF bis-etylenoditio-tetratiafulwan C 3 8

TRUKTURY NADPRZEWODZĄCE Fulereny zawierające atomy alkaliczne Fulereny typu uckminster zawierające 60 atomów węgla nie są same z siebie nadprzewodnikami. Ich połączenie w sieć typu fcc zawierająca dodatkowo atomy alkaliczne tworzy związki typu Me 3 C 60 o właściwościach nadprzewodzących. Związek K 3 C 60 K 2 RbC 60 Rb 2 KC 60 Rb 3 C 60 Cs 3 C 60 T C 19K 22K 25K 29K 47K TRUKTURY NADPRZEWODZĄCE Inne nadprzewodniki niemetaliczne. 1. Fazy zawierające ciężkie fermiony CeCu 2 i 2, fazy typu FFLO (CeCoIn 5 ); 2. Ruteniany rruo 4, rruo, ryruo 6 ; 3. Fazy z czwartorzędowym przejściem fazowym a 0,6 K 0,4 io 3 ; 4. rązy wolframowe Na 0,05 WO 3 (T C = 91K!); 5. Związki fluoro-srebrowe eagf 4 (T C = 64K); 6. Pirochlory Cd 2 Re 2 O 7, KOs 2 O 6 ; 7.??? PRZEWODNIKI WYOKOTEMPERATUROWE truktury wszystkich nadprzewodników wysokotemperaturowych oparte są na warstwowych związkach miedzi o wysokiej zawartości tlenu. Materiałem wyjściowym w badaniach ednorza i Müllera był La 2 CuO 4 o zmodyfikowanej strukturze perowskitowej, który sam jest antyferromagnetycznym izolatorem. Dotowanie tej struktury barem lub strontem (akceptory) prowadzi do powstania fazy nadprzewodzącej La 2-x Me x CuO 4. 9

PRZEWODNIKI WYOKOTEMPERATUROWE Podobny efekt występuje w układzie Y a Cu O dodatkowe atomy tlenu Ya 2 Cu 3 O 6 Ya 2 Cu 3 O 7 400K tetragonaly rombowy 90K izolator metal AF C 0 0.5 1 x PRZEWODNIKI WYOKOTEMPERATUROWE Fakt występowania nadprzewodnictwa jak i optymalizacja temperatury krytycznej w nadprzewodnikach wysokotemperaturowych jest bezpośrednio związana z dotowaniem. Od poziomu wprowadzonych dodatków zależy także formalna wartościowość miedzi. Y 3+ + 2 a 2+ + Cu 1+ + 2 Cu 2+ + 6 O 2- antyferromagnetyczny izolator Ya 2 Cu 3 O 6 Y 3+ + 2 a 2+ + 3 Cu 2,3+ + 7 O 2- nadprzewodnik Ya 2 Cu 3 O 7 2 La 3+ + Cu 2+ + 4 O 2- izolator La 2 CuO 4 1,875 La 3+ + 0,125 a 2+ + Cu 2.125+ + 4 O 2- nadprzewodnik La 2-x a x CuO 4 Zarówno niedomiar jak i nadmiar dodatku powoduje obniżenie temperatury krytycznej. Optimum 0,2 dziury na atom miedzi. PRZEWODNIKI WYOKOTEMPERATUROWE W oparciu o wielkość poziomu dopingu można skonstruować rodzajowy diagram fazowy nadprzewodnika wysokotemperaturowego. T obszar pseudo-przerwy izolator? półprzewodnik? ciecz nie-fermiego metal antyferromagnetyczny izolator ciecz Fermiego metal nadprzewodnik 0 0,2 Zawartość dodatku (dziura na CuO 2 ) 10

PRZEWODNIKI WYOKOTEMPERATUROWE Chemizm nadprzewodników wysokotemperaturowych Związek T C CuO 2 La 2-xa xcuo 4 35K 1 La 2-xr xcuo 4 38K 1 (La 2-xr x )CaCu 2O 6 60K 2 Ya 2Cu 3O 7 92K 2 i 2r 2CuO 6 20K 1 i 2r 2CaCu 2O 8 85K 2 i 2r 2Ca 2Cu 3O 10 110K 3 Tla 2CaCu 2O 7 80K 1 Tla 2Ca 2Cu 3O 9 110K 2 Tla 2Ca 2Cu 4O 11 122K 3 ga 2CuO 4 94K 1 ga 2Ca 2Cu 3O 8 135K 3 g 0,8Tl 0.2a 2Ca 2Cu 3O 8.33 138K 3 najwyższa osiągnięta T C PRZEWODNIKI WYOKOTEMPERATUROWE Co różni nadprzewodniki wysokotemperaturowe od klasycznych? 1. ardzo wysokie temperatury krytyczne, znacznie powyżej granicznej przewidziane przez teorię C (25K). Jak zachodzi sprzężenie elektron fonon w wyższych T?; Eksperymentalnie udowodniono, że przewodzą sparowane elektrony sprzężone inaczej niż w parach Coopera? A może to sprzężone dziury? 2. ilna anizotropia przewodzenia zarówno w stanie nadprzewodzącym jak i normalnym. Przewodzenie zachodzi w płaszczyznach Cu-O, inne płaszczyzny to rezerwuary ładunku. Czy mechanizm nadprzewodzenia jest związany z ich budową warstwową? W jaki sposób? 3. Większość nadprzewodników T zawiera magnetyczne pierwiastki. Dlaczego wytworzone przez nie pole magnetyczne nie niszczy nadprzewodnictwa? ZATOOWANIE NADPRZEWODNIKÓW 11

ZATOOWANIE NADPRZEWODNIKÓW Nadprzewodzące przewody elektryczne ZATOOWANIE NADPRZEWODNIKÓW Kolej magnetyczna Maglev Transrapid T Linimo Rotem ZATOOWANIE NADPRZEWODNIKÓW Diagnostyka NMR 12

ZATOOWANIE NADPRZEWODNIKÓW QUID ZATOOWANIE NADPRZEWODNIKÓW PRZYZŁOŚĆ NADPRZEWODNIKÓW 13

PRZYZŁOŚĆ NADPRZEWODNIKÓW NEW 2011 (Tl 4 a)a 2 Mg 2 Cu 7 O 13+d 258K (Tl 4 a)a 2 MgCu 8 O 13+d 265 K (Tl 4 Pb)a 2 MgCu 8 O 13+d 277 K 14