Сверхпроводящие материалы в электронике
Содержание:
1. Сверхпроводимость. Основные параметры сверхпроводников
2. Эффект Джозефсона
3. Магнитометр
4. Сверхпроводящий материал - соединение Nb3Sn
5. Получение джозефсоновских переходов
6. Список литературы
1. Сверхпроводимость. Основные параметры сверхпроводников.
Явление сверхпроводимости состоит в том, что при некоторой температуре, близкой к абсолютному нулю, электросопротивление в некоторых материалах исчезает. Эта температура называется критической температурой перехода в сверхпроводящее состояние.
Сверхпроводимость обнаружена более чем у 20 металлов и большого количества соединений и сплавов (Тк £ 23К), а также у керамик (Тк > 77,4К – высокотемпературные сверхпроводники.)
Сверхпроводимость материалов с Тк £ 23К объясняется наличием в веществе пар электронов, обладающих энергией Ферми, противоположными спинами и импульсами (пары Купера), которые образуются благодаря взаимодействию электронов с колебаниями ионов решетки – фононами. Все пары находятся, с точки зрения квантовой механики, в одном состоянии (они не подчиняются статистике Ферми т.к. имеют целочисленный спин) и согласованы между собой по всем физическим параметрам, то есть образуют единый сверхпроводящий конденсат.
Сверхпроводимость керамик, возможно, объясняется взаимодействием электронов с каким-либо другими квазичастицами.
По взаимодействию с магнитным полем сверхпроводники делятся на две основные группы: сверхпроводники I и II рода.
Сверхпроводники первого рода при помещении их в магнитное поле «выталкивают» последнее так, что индукция внутри сверхпроводника равна нулю (эффект Мейсснера). Напряжонность магнитного поля, при котором разрушается сверхпроводимость и поле проникает внутрь проводника, называется критическим магнитным полем Нк. У сверхпроводников второго рода существует промежуток напряженности магнитного поля Нк2 > Н > Нк1, где индукция внутри сверхпроводника меньше индукции проводника в нормальном состоянии. Нк1 – нижнее критическое поле, Нк2 – верхнее критическое поле. Н < Нк1 – индукция в сверхпроводнике второго рода равна нулю, Н > Нк2 – сверхпроводимость нарушается. Через идеальные сверхпроводники второго рода можно пропускать ток силой: 
(критический ток). Объясняется это тем, что поле, создаваемое током, превысит Нк1, вихревые нити, зарождающиеся на поверхности образца, под действием сил Лоренца, двигаются внутрь образца с выделением тепла, что приводит к потере сверхпроводимости.
Tk, Нк1, Нк2, некоторых металлов и соединений:
| Вещество | Тк К | m0Нк1 Тл | m0Нк2 Тл |
| Pb | 7.2 | 0.55 | |
| Nb | 9.2 | 0.13 | 0.27 |
| Te | 7.8 | ||
| V | 5.3 | ||
| Ta | 4.4 | ||
| Sn | 3.7 | ||
| V3Si | 17.1 | 23.4 | |
| Nb3Sn | 18.2 | 24.5 | |
| Nb3Al | 18.9 | ||
| Nb3Ga | 20.3 | 34.0 | |
| Nb3Ge | 23.0 | 37.0 | |
| (Y0.6Ba0.4)2CuO4 | 96 | 160±20 | |
| Y1.2Ba0.3CuO4-8 | 102 | 18 при 77К |
2. Эффект Джозефсона.
Если два сверхпроводника соединить друг с другом «слабым» контактом, например тончайшей полоской из диэлектрика, через него пойдет туннельный сверхпроводящий ток, т.е. произойдет туннелирование сверхпроводящих куперовских пар. Благодаря этому обе системы сверхпроводников связаны между собой. Связь эта очень слаба, т.к. мала вероятность туннелирования пар даже через очень тонкий слой изолятора.