tiểu luận hiện tượng siêu dẫn

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ - - TIỂU LUẬN VẬT LÝ TINH THỂ ĐỀ TÀI: HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪN GVHD : PGS.TS TRƯƠNG MINH ĐỨC HVTH : NHÓM NGUYỄN HUY CƯỜNG HÀ THỊ KIM ANH NGUYỄN VĂN ĐIỂN ĐẶNG THANH HUY NGUYỄN THỊ ÁI DUYÊN LÊ THANH BÌNH HUỲNH THỊ HIẾU PHẠM MINH HẢI Lớp : LL&PPDH BỘ MÔN VẬT LÝ K24 Huế, tháng 04 năm 2016 Trang MỤC LỤC B NỘI DUNG 36 C KẾT LUẬN 45 D TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 A MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Chúng ta biết điện trở suất kim loại tăng theo nhiệt độ, nhiệt độ giảm điện trở kim loại giảm Tuy nhiên đa số vật liệu có tính chất Một đặc tính kỳ diệu số vật liệu nhiệt độ định (tùy theo chất) điện trở suất vật liệu không, độ dẫn điện trở nên vô Đó tượng siêu dẫn Hiện tượng lý thú phát lần thủy ngân cách gần kỷ (năm 1911) vùng nhiệt độ gần không độ tuyệt đối (≤ 4,2 K) Sau này, tính chất siêu dẫn tìm thấy hàng loạt kim loại, hợp kim hợp chất Ngoài đặc tính siêu dẫn, người ta phát thấy với chất siêu dẫn từ trường bên luôn không có tượng xuyên ngầm lượng tử… Mãi 40 năm sau, tượng kỳ lạ chất siêu dẫn lý giải lý thuyết vi mô Theo đó, khác với chất dẫn điện thông thường, trạng thái siêu dẫn, tượng dẫn điện cặp điện tử kết hợp với chuyển động tạo nên dòng điện, cặp không bị mát lượng điện trở suất không Với đặc tính nêu trên, chất siêu dẫn ứng dụng nhiều lĩnh vực điện, điện tử… Các thiết bị có độ nhạy, độ tin cậy cực cao chế tạo Một ví dụ: thiết bị chụp ảnh cộng hưởng từ dùng bệnh viện để chuẩn đoán xác bệnh tật người không sử dụng cuộn dây tạo từ trường dây siêu dẫn Vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao phát cách 20 năm mở triển vọng to lớn việc nghiên cứu, ứng dụng chất siêu dẫn Để Trang sử dụng chất siêu dẫn nhiệt độ cao, cần dùng tới nitơ lỏng (nhiệt độ sôi 77K hay - 196οC) với giá thành hạ hàng trăm lần so với dùng chất siêu dẫn thông thường Chất siêu dẫn có số đặc tính gần gũi với kỹ thuật nghe nhìn công nghệ cao, chúng điện trở Về nguyên tắc, dòng điện bắt đầu chạy vòng siêu dẫn, gần chạy Cùng kích thước, chất siêu dẫn mang lượng điện lớn dây điện dây cáp tiêu chuẩn Vì vậy, thành phần siêu dẫn nhỏ nhiều so với chất khác Và điều quan trọng chất siêu dẫn không biến điện thành nhiệt Điều đồng nghĩa với việc máy phát chip máy tính siêu dẫn hoạt động hiệu nhiều so với Các khả ứng dụng tiềm tàng chất siêu dẫn rộng rãi quan trọng, đến mức nhiều nhà khoa học cho rằng, việc phát minh chất siêu dẫn so sánh với việc phát minh lượng nguyên tử, việc chế tạo dụng cụ bán dẫn; chí số nhà khoa học so sánh với việc phát minh điện Các vật liệu siêu dẫn đưa đến thay đổi lớn lao kĩ thuật, công nghệ kinh tế đời sống xã hội Các vấn đề tượng siêu dẫn vấn đề nóng hổi mà giới khoa học quan tâm Hơn hai mươi năm qua, nhà vật lý lý giải cách xác tượng siêu dẫn nhiệt độ cao dường xảy nhóm đặc biệt hợp chất dựa đồng (Cu) xảy Và đây, nhà khoa học Nhật Bản khám phá loại chất siêu dẫn nhiệt độ cao hoàn toàn dựa sắt mà cho phép nhà vật lý cách thức để tìm hiểu cách dễ dàng tượng – làm sáng tỏ điểm quan trọng tượng đầy bí ẩn vật lý chất rắn Ngày khoa học kĩ thuật đang phát triển đòi hỏi nhà khoa học phải vận dụng khai thác tối đa ứng dụng chất siêu dẫn để phục vụ cho người lĩnh vực Qua thấy ứng dụng Trang chất siêu dẫn không xa lạ với người Hiện tượng siêu dẫn mang đến sức hút kì lạ cho biết đến mong muốn khám phá ứng dụng rộng rãi kì diệu Và lí để nhóm định chọn đề tài “Hiện tượng siêu dẫn” với mong muốn nâng cao hiểu biết vấn đề này, nhanh chóng tiếp cận với kiến thức ứng dụng lạ tượng siêu dẫn Mục tiêu nghiên cứu Nghiên tượng siêu dẫn nhằm đưa đến nhìn tổng quát thấy nhứng ứng dụng quan trọng tượng khoa học đời sống Phương pháp nghiên cứu Phân tích, tổng hợp tài liệu Sử dụng kiến thức liên quan Vật lý tinh thể, từ học, vật lý thống kê Trang B NỘI DUNG Hiện tượng siêu dẫn 1.1 Khái niệm tượng siêu dẫn Siêu dẫn trạng thái vật chất phụ thuộc vào nhiệt độ tới hạn mà cho phép dòng điện chạy qua trạng thái điện trở đặt siêu dẫn vào từ trường từ trường bị đẩy khỏi Hiện tượng siêu dẫn tượng mà điện trở chất đột ngột giảm nhiệt độ xác định 1.2 Điện trở không Về nguyên tắc, nhiệt độ chuyển pha, điện trở chất siêu dẫn xem hoàn toàn biến Không thể chứng minh thực nghiệm điện trở thực tế 0; điện trở nhiều chất trạng thái siêu dẫn nhỏ độ nhạy mà thiết bị đo cho phép ghi nhận Trong trường hợp nhạy hơn, cho dòng điện chạy xung quanh xuyến siêu dẫn khép kín, nhận thấy dòng điện không suy giảm sau thời gian dài.Giả thiết tự cảm xuyến L, thời điểm t = ta bắt đầu cho dòng I(0) chạy vòng quanh xuyến, thời gian muộn t ≠ 0, cường độ dòng điện chạy qua xuyến tuân theo công thức Trang i (t ) = i (0)e R − t L Ở R điện trở xuyến Chúng ta đo từ trường tạo dòng điện bao quanh xuyến Phép đo từ trường không lấy lượng từ mạch điện mà cho ta khả quan sát dòng điện luân chuyển không thay đổi theo thời gian xác định điện trở kim loại siêu dẫn cỡ < 10 -26 Ωm Giá trị thỏa mãn kết luận điện trở kim loại siêu dẫn 1.3 Nhiệt độ tới hạn độ rộng chuyển pha Năm 1911, Kamerlingh Onnes khảo sát điện trở kim loại khác vùng nhiệt độ Heli Khi nghiên cứu điện trở thủy ngân (Hg) phụ thuộc nhiệt độ, ông quan sát rằng: điện trở Hg trạng thái rắn (trước điểm nóng chảy cỡ 234K (- 39 0C ) 39, Ω Trong trạng thái lỏng 0o(cỡ 273 K) có giá trị 172,7Ω , gần 4K có giá trị 8.10 -2 Ω T ~ 3K có giá trị nhỏ 3.10 -6 Ω Như coi nhiệt độ T[...]... các điện tử siêu dẫn không đóng vai trò trong sự dẫn nhiệt Tính chất này không được áp dụng để chế tạo các công tắc nhiệt siêu dẫn trong kĩ thuật nhiệt độ thấp Trong một số hợp kim hoặc hợp chất siêu dẫn, người ta còn quan sát thấy độ dẫn nhiệt tăng tại vùng chuyển pha, sau đó mới giảm theo nhiệt độ Hiện tượng này được Hulm giải thích là: Trong siêu dẫn loại II, quá trình chuyển pha siêu dẫn đã có sự... chất siêu dẫn được làm lạnh trong từ trường xuống dưới nhiệt độ chuyển pha TC, thì đường sức của cảm ứng từ B sẽ bị đẩy ra khỏi chất siêu dẫn Tức là chất siêu dẫn nằm trong từ trường ngoài Ha còn cảm ứng từ bên trong bằng 0 Hiện tượng này goi là hiệu ứng Meisser Hiệu ứng Meissner cho biết, chất siêu dẫn biểu hiện tính chất: Trong  lòng nó các đường cảm ứng từ B = 0 Nghĩa là, siêu dẫn biểu hiện như... được gọi là công thức Silsbee, chỉ đúng cho một số chất siêu dẫn nhất định, chủ yếu là các chất siêu dẫn đơn kim loại (còn gọi là chất siêu dẫn lý tưởng) Các chất siêu dẫn là hợp chất, hợp kim hoặc chất siêu dẫn có tạp chất đều không thỏa mãn hệ thức Silsbee (Các chất siêu dẫn loại này còn gọi là chất siêu dẫn không lý tưởng) Ngoài khái niệm dòng tới hạn (Ic) thông thường, người ta còn dùng khái niệm... cho đến điểm tới hạn HC2 Giữa khoảng HC1 và HC2 siêu dẫn nằm ở trạng thái trung gian và trên H C2 nó trở về trạng thái bình thường Trong vòng HC1 và HC2, siêu dẫn có thể dẫn dòng điện trong lòng vật liệu khối, và như vậy vùng từ trường này có thể được dùng để dẫn dòng lớn, siêu dẫn trường cao như NiTi và Ni3Sb là siêu dẫn loại II Trang 11 - Oxit siêu dẫn có nhiệt độ tới hạn cao: ta xét hợp chất YBa2Cu3Oy... mạng đến chất siêu dẫn và do đó các tương tác điện tử và mạng cũng rất quan trọng trong trạng thái siêu dẫn Đây là Trang 23 một phát minh cơ bản Bản chất của hiệu ứng đồng vị là: nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn TC phụ thuộc vào số nơtron trong hạt nhân 3 Các lý thuyết liên quan về siêu dẫn 3.1 Entropi của trạng thái siêu dẫn và trạng thái thường Ta có thể tính hiệu entropi của trạng thài siêu dẫn và trạng... thái siêu dẫn nhỏ hơn trạng thái thường như vậy bằng lý thuyết nhiệt động học ta đã tìm ra tính chất giảm entropi của trạng thái siêu dẫn đã quan sát được bằng thực nghiệm 3.2 Sự xâm nhập của từ trường vào chất siêu dẫn Để giải thích hiệu ứng Meissner khi từ thông bị đẩy khỏi chất siêu dẫn (B = 0), người ta cần giả định chất siêu dẫn là nghịch từ lý tưởng Giả định này chỉ đúng cho các chất siêu dẫn. .. chất siêu dẫn và được gọi là độ thấm sâu London Kết quả này mô tả đúng với hiệu ứng Meissner trong lòng chất siêu dẫn mà thực nghiệm quan sát thấy Tuy nhiên chỉ đúng hoàn toàn cho chất siêu dẫn loại I 3.3 Lý thuyết Ginzburg - Landau 3.3.1 Phương trình Ginzburg – landau Ginzburg - Landau đã đưa ra lý thuyết hiện tượng luận về chuyển pha siêu dẫn (1951) Giả thuyết của Ginzburg - landau là trạng thái siêu. .. chất siêu dẫn xuống dưới nhiệt độ TC thì phương trình B = const vẫn đúng Từ các dẫn chứng trên đây đã đưa đến kết luận là: Trạng thái siêu dẫn có điện trở không và hiệu ứng Meissner biểu hiện rằng, chất siêu dẫn là một nghịch lý từ lý tưởng (χ = -1) Hai tính chất độc lập này có đặc trưng cơ bản riêng biệt nhưng cả hai đều đồng thời là tiêu chuẩn quan trọng để xem xét một chất có phải là siêu dẫn hay... siêu dẫn trường cao được sử dụng trong máy gia tốc hạt trong trường vật lý năng lượng cao Trang 13 2.2.2 Hiệu ứngMeissner Một vật dẫn lý tưởng có thể có điện trở không ở nhiệt độ tuyệt đối (0K) Tuy nhiên, nó không phải là chất siêu dẫn Người ta thấy rằng biểu hiện tính chất của chất siêu dẫn khi nó có từ trường khác với vật dẫn lí tưởng Năm 1933, Meissner và Ochsenfied phát hiện ra rằng: Nếu chất siêu. .. ranh giới phân chia giữa trạng thái siêu dẫn và trạng thái thường Bên trong đường cong ngưỡng thuộc trạng thái siêu dẫn và bên ngoài đường cong ngưỡng là trạng thái thường 2.2.4 Dòng tới hạn Dòng cực đại đạt dược trong trạng thái siêu dẫn được gọi là dòng tới hạn Nói cách khác dòng tới hạn trong trạng thái siêu dẫn là dòng điện lớn nhất khi điện trở cùa chất siêu dẫn xem như bằng không Dòng tới hạn