Bài giảng Cơ sở vật lý chất rắn - Bài 9: Siêu dẫn. Bài này cung cấp cho học viên những kiến thức về: hiệu ứng Meissner; chất siêu dẫn loại I; nhiệt độ tới hạn của các chất siêu dẫn; từ trường tới hạn của các chất siêu dẫn; trường tới hạn trong siêu dẫn loại II; ống xoáy (vortex) trong chất siêu dẫn;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Bài Những dự đoán lý thuyết điện trở kim loại nhiệt độ thấp đầu kỷ 20 Điện trở Kelvin (1824-1907): Electron bị đông cứng điện trở tăng lên Kim loại tinh khiết Nhiệt độ Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) Điện trở giảm xuống • 1908 – hóa lỏng helium (~4 K) • 1911- nghiên cứu điện trở Hg nhiệt độ thấp phát hiện tượng siêu dẫn • 1913 – giải thưởng Nobel Vật lý Siêu dẫn Kamerlingh Onnes, 1911 “Door meten tot weten” (“Từ đo đạc đến kiến thức”) Sự dẫn điện hoàn hảo R(T) nhiệt độ thấp Điện trở (W) Thực nghiệm Nhiệt độ (K) Siêu dẫn có thông số tới hạn : o Nhiệt độ tới hạn , Tc o Từ trường tới hạn, Hc o Mật độ dòng tới hạn, Jc Muốn trạng thái siêu dẫn không vượt qua giới hạn Chất siêu dẫn chất dẫn điện hoàn hảo : điện trở thực tế ( nhỏ ) Ngay với phép đo xác phát điện trở dư chất siêu dẫn Một có dòng chạy trong vòng dây siêu dẫn kín, dòng điện trì chừng dây giữ nhiệt độ thấp Dòng điện dừng chạy dây mà không bị mát điện trở gọi dòng dư ( persistent current) Người ta quan sát dòng dư trì nhiều năm mà không giảm cừơng độ Tính toán lý thuyết cho thấy thời gian giảm vào khoảng 10 10 năm ! Dòng dư vòng xuất cách hạ nhiệt độ từ trường Đặt vòng dây siêu dẫn T > Tc từ trường Hạ nhiệt độ T Tc, vật liệu có tính bán dẫn dị hướng § Một số nhóm siêu dẫn T cao điển hình : * yttrium-barium-copper-oxide (ký hiệu YBCO), * bismuth-strontium-calcium-copper oxide (ký hiệu BSCCO), * thallium-barium-calcium-copper-oxide (ký hiệu TBCCO) § Chất siêu dẫn có chứa Hg đạt nhiệt độ tới hạn cao Tc ~ 160 K § Vật liệu có Tc cao thường loại p Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 138 K Ni-tơ lỏng Hê li lỏng Năm Chất siêu dẫn HgBa2Ca2Cu3O8+d đạt nhiệt độ tới hạn cao Tc = 164 K Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Tất chất siêu dẫn nhiệt độ cao thuộc loại II Cơ chế siêu dẫn chất siêu dẫn nhiệt độ cao khác với chất siêu dẫn nhiệt độ thấp Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Các chất siêu dẫn nhiệt độ cao • Có khả ứng dụng thực tế – Tc cao – Hc2 lớn • Dễ làm lạnh : He (4,22 K): $5/lit N (77,36 K): 10¢/lit sữa tươi : 66¢/lit ng dụng : Vận tải Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Tàu chạy đệm từ : tàu Maglev Vận tốc lên đến 500 km/giờ , tàu maglev phương tiện nối liền thành phố cách 1000 km tương lai gần Tàu Yamanashi MLX01MagLev Máy bay thương mại Boeing-777 dùng cho chuyến bay đường dài có vận tốc khoảng 905 km/ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com thành Đường chạy nằm hai thành có lắp liên tiếp cuộn dây thẳng đứng Các cuộn dây dây siêu dẫn Khi tàu qua cuộn dây, chuyển động nam châm siêu dẫn tàu cảm ứng dòng điện cuộn dây làm cho chúng trở thành nam châm điện Các nam châm tàu thành tạo lực nâng (tàu cách đường dẫn 1-10 cm ) giữ cho tàu tâm đường Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Öùng dụng : Y tế MRI (Magnetic Resonance Imaging) cho hình ảnh chi tiết mô mềm Các cuộn dây nam châm siêu dẫn tạo từ trường mạnh đồng thể bệnh nhân ng dụng : Tải điện Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com cáp ng bọc Cách điện Siêu dẫn Nđộ cao Vỏ bọc ng thép Cáp tải điện siêu dẫn làm lạnh nitơ lỏng ... từ lý tưởng § Những chất dẫn điện tốt (cu,Ag,Au) tính siêu dẫn Chất siêu dẫn Nhiệt độ • • Chất dẫn điện bình thường : r = r0 T= K Các chất siêu dẫn : r = T< Tc (trạng thái siêu dẫn) Chất siêu dẫn. .. thành siêu dẫn Điện trở Loại I ( chất dẫn điện mềm ) : kim loại § Các chất siêu dẫn loại I tồn trạng thái : bình thường siêu dẫn § Các chất siêu dẫn phụ thuộc nhiệt độ § Các chất siêu dẫn chất. .. chạy chất siêu dẫn Một chất siêu dẫn tải dòng tối đa định Độ lớn dòng tới hạn phụ thuộc vào độ lớn từ trường tới hạn mà vào dạng hình học vật dẫn • Hai loại chất siêu dẫn : – Loại II (các chất dẫn