-Κατάσταση της ύλης, έμμεση παρατήρηση -Υπεραγώγιμα ρεύματα Παραμένοντα ρεύματα -Διαμαγνητισμός Φαινόμενο Meissner



Σχετικά έγγραφα
7η Εργαστηριακή Άσκηση Υπεραγώγιμα Υλικά

5 η Εργαστηριακή άσκηση. Μαγνητική Επιδεκτικότητα και Αιώρηση Υπεραγωγών. 1. Θεωρία. Όρια της υπεραγώγιμης κατάστασης

ΤΟ ΑΕΙ ΚΙΝΗΤΟ ΚΑΙ ΟΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ

7.a. Οι δεσμοί στα στερεά

Μαγνητικά Υλικά Υπεραγωγοί

Υπεραγωγιμότητα. Βασικά Φαινόμενα: Ηλεκτροδυναμική: Επιφανειακή Ενέργεια: Κβαντικά Φαινόμενα: Μικροσκοπική Θεωρία :

Estimation of grain boundary segregation enthalpy and its role in stable nanocrystalline alloy design

Υπεραγωγοί. Βασικές Έννοιες Υλικά Εφαρμογές

Μαγνητικά Υλικά Υπεραγωγοί

έντασης του υπεραγώγιμου ρεύματος για χρόνους μικρότερους των

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΚΑ Υλικα 3ο μεροσ. Θεωρητικη αναλυση

ηλεκτρικό ρεύμα ampere

National Hellenic Research Foundation. Theoretical and Physical Chemistry Institute

Διερεύνηση της Κρίσιμης Θερμοκρασίας σε Κεραμικό Υπεραγωγό Υψηλής Θερμοκρασίας με Μετρήσεις Μαγνητικής Επιδεκτικότητας Διπλωματική Εργασία

the total number of electrons passing through the lamp.

Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής - ΣΑΕΤ

ηλεκτρικό ρεύµα ampere

Strain gauge and rosettes

[1] P Q. Fig. 3.1

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΥΠΕΡΑΓΩΓΟΙ

ΠΟΙΑ ΥΛΙΚΑ ΕΙΝΑΙ ΚΑΛΟΙ ΚΑΙ ΠΟΙΑ ΚΑΚΟΙ ΑΓΩΓΟΙ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ

Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΑΤΟΜΩΝ. Παππάς Χρήστος Επίκουρος Καθηγητής

ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟ ΙΚΟΤΗΤΑΣ : Οι ιδιότητες των χηµικών στοιχείων είναι περιοδική συνάρτηση του ατοµικού τους αριθµού.

2. Η ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΤΑ ΣΤΕΡΕΑ

Capacitors - Capacitance, Charge and Potential Difference

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΛΙΚΩΝ ΜΑΘΗΜΑ 2 Ο ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΛΙΚΩΝ. Δρ. M.Χανιάς Αν.Καθηγητής Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ, ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης

(1) Describe the process by which mercury atoms become excited in a fluorescent tube (3)

Βρέντζου Τίνα Φυσικός Μεταπτυχιακός τίτλος: «Σπουδές στην εκπαίδευση» ΜEd stvrentzou@gmail.com

ΠΕΡΙΟΔΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ (1) Ηλία Σκαλτσά ΠΕ ο Γυμνάσιο Αγ. Παρασκευής

Υπεραγωγοί (Superconductors)

Potential Dividers. 46 minutes. 46 marks. Page 1 of 11

Σπανό Ιωάννη Α.Μ. 148

Νόµοςπεριοδικότητας του Moseley:Η χηµική συµπεριφορά (οι ιδιότητες) των στοιχείων είναι περιοδική συνάρτηση του ατοµικού τους αριθµού.

ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

ΓΗ ΚΑΙ ΣΥΜΠΑΝ. Εικόνα 1. Φωτογραφία του γαλαξία μας (από αρχείο της NASA)

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΤΑ ΜΕΤΑΛΛΑ- ΑΝΤΙΣΤΑΤΕΣ

k A = [k, k]( )[a 1, a 2 ] = [ka 1,ka 2 ] 4For the division of two intervals of confidence in R +

Θεωρία της Υπεραγωγιμότητας και Εφαρμογές Υπεραγώγιμων Υλικών σε Ενεργειακές Διατάξεις

Απαραίτητες γνώσεις. Περιεχόμενο της άσκησης

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΥΠΕΡΑΓΩΓΩΝ ΥΨΗΛΩΝ ΚΑΙ ΧΑΜΗΛΩΝ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΩΝ

Appendix B Table of Radionuclides Γ Container 1 Posting Level cm per (mci) mci

Θεωρία του Sommerfeld ή jellium model (συνέχεια από το 1 ο μάθημα).

ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΕΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ: 1, 2, 3 και 4

Μετρήσεις DC και ΑC Επιδεκτικότητας σε Κεραμικό Υπεραγωγό YBaCuO. Διπλωματική Εργασία

Approximation of distance between locations on earth given by latitude and longitude

Φυσική ΙΙΙ. Ενότητα 4: Ηλεκτρικά Κυκλώματα. Γεώργιος Βούλγαρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Mean bond enthalpy Standard enthalpy of formation Bond N H N N N N H O O O

τροχιακά Η στιβάδα καθορίζεται από τον κύριο κβαντικό αριθµό (n) Η υποστιβάδα καθορίζεται από τους δύο πρώτους κβαντικούς αριθµούς (n, l)

Υπεραγωγιμότητα: Μια καινούργια Πόρτα ανοίγει Μαθητής: Θεοφάνους Ρογήρος Συντονιστής Καθηγητής: Νικόλας Νικολάου

Απαραίτητες γνώσεις. Περιεχόμενο της άσκησης

Κεφάλαιο 8. Ηλεκτρονικές Διατάξεις και Περιοδικό Σύστημα

Το άτομο του Υδρογόνου

SUPPLEMENTAL INFORMATION. Fully Automated Total Metals and Chromium Speciation Single Platform Introduction System for ICP-MS

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΦΥΣΙΚΗΣ

Lecture 2: Dirac notation and a review of linear algebra Read Sakurai chapter 1, Baym chatper 3

ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ (Θ) Χασάπης Δημήτριος ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΕ

Αλληλεπίδραση ακτίνων-χ με την ύλη

Μαγνητικά Υλικά. Κρίμπαλης Σπύρος

MnZn. MnZn Ferrites with Low Loss and High Flux Density for Power Supply Transformer. Abstract:

6.1. Dirac Equation. Hamiltonian. Dirac Eq.

2.3 ΜΕΡΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ. Επιμέλεια παρουσίασης Παναγιώτης Αθανασόπουλος Δρ - Χημικός

Φυσική Χημεία ΙΙ. Ηλεκτροχημικά στοιχεία. Κεφ.1 Ηλεκτροδιαλυτική τάση. Σημειώσεις για το μάθημα. Ευκλείδου Τ. Παναγιώτου Σ. Γιαννακουδάκης Π.

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

Ασβέστιο. Calcium στερεό 40,078. Πυκνότητα. Άνθρακας. Carbon στερεό 3642! 12, ! Πυκνότητα Χλώριο. Chlorine αέριο -101,5 35, ,04

Supporting information. An unusual bifunctional Tb-MOF for highly sensing of Ba 2+ ions and remarkable selectivities of CO 2 /N 2 and CO 2 /CH 4

ΗΜΥ 340 Μηχανική Ηλεκτρικής Ισχύος Μηχανές συνεχούς έντασης

Μάθημα 12. ΓΝΩΡΙΖΟΥΜΕ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΟ ΤΑ ΧΗΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Έχουν τόσες διαφορές (αλλά και ομοιότητες στις φυσικές και στις χημικές τους ιδιότητες!

Επέκταση του μοντέλου DRUDE. - Θεωρία SOMMERFELD

Λιμνοποτάμιο Περιβάλλον και Οργανισμοί

ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ. Ενότητα 9: ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ & ΑΓΩΓΟΙ ΛΙΤΣΑΡΔΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΗΜΜΥ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΛΙΚΩΝ ΜΑΘΗΜΑ 1 Ο ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΛΙΚΩΝ. Δρ. M.Χανιάς Αν.Καθηγητής Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ, ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης

ΚΥΠΡΙΑΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ CYPRUS COMPUTER SOCIETY ΠΑΓΚΥΠΡΙΟΣ ΜΑΘΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ 19/5/2007

ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΥΝΘΕΣΗ ΥΠΕΡΑΓΩΓΙΜΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΔΟΜΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΤΟΥΣ

Σύγχρονο Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Διέλευσης. Transition Electron Microscopy TEM

SERIES DATASHEET INDUCTORS RF INDUCTORS (MRFI SERIES)

Εισαγωγή. Ηλέκτριση: Είναι το φαινόμενο της συγκέντρωσης στατικών (ακίνητων) φορτίων σ ένα σώμα

Συστήματα Βιομηχανικών Διεργασιών 6ο εξάμηνο

H επεξεργασία πληροφορίας απαιτεί ανίχνευση πληροφορίας

Κεφάλαιο Η5. Ρεύμα και αντίσταση

Instruction Execution Times

Phys460.nb Solution for the t-dependent Schrodinger s equation How did we find the solution? (not required)

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΙΣΧΥΟΣ

Εργαστήριο Ανάπτυξης Εφαρμογών Βάσεων Δεδομένων. Εξάμηνο 7 ο

Μάθημα 12ο. O Περιοδικός Πίνακας Και το περιεχόμενό του

dq dt μεταβολή θερμοκρασίας C = C m ΠΑΡΟΝ ΚΑΙ ΜΕΛΛΟΝ J mole Θερμικές ιδιότητες Θερμοχωρητικότητα

ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΤΩΝ ΚΟΜΒΩΝ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟΥΣ ΕΥΡΩΚΩΔΙΚΕΣ

Assalamu `alaikum wr. wb.

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

CYPRUS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Faculty of Geotechnical Sciences and Environmental Management Department of Environmental Science and Technology

Cal-Chip Electronics, Incorporated Multilayer Chip Inductors For High Frequency

Ηλεκτρικη αγωγιµοτητα

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ V. Πρότυπα δυναμικά αναγωγής ( ) ΠΡΟΤΥΠΑ ΔΥΝΑΜΙΚΑ ΑΝΑΓΩΓΗΣ ΣΤΟΥΣ 25 o C. Ημιαντιδράσεις αναγωγής , V. Antimony. Bromine. Arsenic.

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΟΔΟΝΤΙΑΤΡΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΟΔΟΝΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΕΡΑΣ ΠΡΟΣΘΕΤΙΚΗΣ

Μαγνητικά Υλικά Υπεραγωγοί

ΥΛΙΚΑ ΠΑΡΟΝ ΚΑΙ ΜΕΛΛΟΝ

Κομβικές επιφάνειες. Από τη γνωστή σχέση: Ψ(r, θ, φ) = R(r).Θ(θ).Φ(φ) για Ψ = 0 θα πρέπει είτε R(r) = 0 ή Θ(θ).Φ(φ) = 0

Homework 8 Model Solution Section

ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

ΚΥΠΡΙΑΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ CYPRUS COMPUTER SOCIETY ΠΑΓΚΥΠΡΙΟΣ ΜΑΘΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ 6/5/2006

ΑΡΙΘΜΟΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ - ΓΡΑΦΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΤΥΠΩΝ- ΟΝΟΜΑΤΟΛΟΓΙΑ

Transcript:

Τι είναι Υπεραγωγιμότητα; Πώς παρατηρείται; -Κατάσταση της ύλης, έμμεση παρατήρηση -Υπεραγώγιμα ρεύματα Παραμένοντα ρεύματα -Διαμαγνητισμός Φαινόμενο Meissner Η Υπεραγωγιμότητα είναι μια κατάσταση ορισμένων υλικών που έχουν ικανότητα να άγουν τον ηλεκτρισμό με μηδενική αντίσταση. Αυτή η ιδιότητα εξαφανίζεται πάνω από μια θερμοκρασία χαρακτηριστική του κάθε υλικού (κρίσιμος θερμοκρασία ή Tc), ή κάτω από ένα μαγνητικό πεδίο ισχυρότερο από μια κρίσιμο τιμή ( H c ) ή όταν υπόκειται σε μια πυκνότητα ρεύματος μεγαλύτερη από την χαρακτηριστική του κρίσιμη τιμή ( J c ). Η κατάσταση της υπεραγωγιμότητας είναι μια μακροσκοπική κβαντική κατάσταση και υπεύθυνη για την μετάβαση του υλικού από την αγώγιμη στην υπεραγώγιμη κατάσταση είναι όχι τα γνωστά κανονικά ελεύθερα ηλεκτρόνια, αλλά τα ηλεκτρόνια που έχασαν την ιδιότητα να επηρεάζονται από τις δυνάμεις τριβής κι έτσι γίνονται υπεραγώγιμα ηλεκτρόνια.

Superconductor (e.g. Pb) residual Normal metal (e.g. Ag) 0 0 T c Temperature, T A superconductor such as lead evinces a transition to zero resisitivity at a critical temperature Tc (7.2 K for Pb) whereas a normal conductor such as silver does not, and exhibits residual resisitivity at the lowest temperatures.

Διαμαγνητισμός Φαινόμενο Αποβολή του εξωτερικού πεδίου από το εσωτερικό του υπεραγωγού Διείσδυση του εξωτερικού πεδίου σε βάθος λ, χαρακτηριστικό του υλικού Meissner

Το φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας το ανακάλυψε ο Heike Kamerlingh Onnes το 1911, όταν χρησιμοποίησε το υγρό ήλιο ως ψυκτικό μέσο για να μελετήσει τις ηλεκτρικές ιδιότητες των μετάλλων στις χαμηλές θερμοκρασίες. Προς μεγάλη έκπληξη όλων, όταν ένα δείγμα υδραργύρου (Hg) ψύχθηκε στους 4,2 περίπου βαθμούς Κέλβιν, η αντίσταση του ξαφνικά μηδενίστηκε. Το κατώφλιο αυτό είναι γνωστό ως κρίσιμη θερμοκρασία, ή Τc. Υλικό Τύπος T c (K) Ψευδάργυρος μέταλλο 0.88 Αργίλιο μέταλλο 1.19 Κασσίτερος μέταλλο 3.72 Υδράργυρος μέταλλο 4.15 YBa 2 Cu 3 O 7 κεραμικό 90 TlBaCaCuO κεραμικό 125

Πώς εξηγείται η Υπεραγωγιμότητα; BCS Theory (Bardeen Cooper Schrieffer) Μείωση φωνονικής ταλάντωσης του πλέγματος (η αντίσταση δεν μηδενίζεται) Δημιουργία ενεργειακής καταστάσεως Ζευγών Cooper

Η θεωρία BCS Ένα από τα κεντρικά ερωτήματα σχετικά με την υπεραγωγιμότητα είναι «Γιατί εμφανίζεται;» Δηλαδή, ποιος μηχανισμός ή αλληλεπίδραση προκαλεί τη μετάβαση στη νέα αυτή κατάσταση; Το 1957, οι φυσικοί John Bardeen, Leon N. Cooper και J. Robert Schrieffer πρότειναν μια εξήγηση του μηχανισμού που υπόκειται της υπεραγωγιμότητας στα μέταλλα, διατυπώνοντας μια θεωρία που φέρει τα αρχικά των επωνύμων τους BCS. Η θεωρία BCS λοιπόν περιγράφει πώς τα σωμάτια που συγχρονίζονται μέσα σε έναν αγωγό για να τον καταστήσουν υπεραγωγό δεν είναι ηλεκτρόνια αλλά ζεύγη ηλεκτρονίων, τα γνωστά ζεύγη Cooper. Με το ζευγάρωμα των ηλεκτρονίων, αντιμετωπίζονται σαν ένα σωμάτιο με ακέραιο spin 0 ή 1. Άρα παρακάμπτονται οι περιορισμοί της απαγορευτικής αρχής του Pauli. Η δικαιολόγηση του ζευγαρώματος των ηλεκτρονίων, αποδόθηκε στο γεγονός ότι στις πολύ χαμηλές θερμοκρασίες που παρατηρούνται τα φαινόμενα αυτά, οι θερμικές ταλαντώσεις του πλέγματος είναι ασθενείς. Τότε όμως τα ελεύθερα ηλεκτρόνια -σε μερικά μέταλλα-, απωθώντας ηλεκτροστατικά τα ιόντα δημιουργούν παραμορφώσεις στο κρυσταλλικό πλέγμα, οι οποίες τείνουν να τα συζεύξουν ή ζευγαρώσουν παρότι τα ηλεκτρόνια απωθούνται ηλεκτροστατικά λόγω απωστικών δυνάμεων Coulomb.

Ζεύγη Cooper Δέσμευση Ζευγών ηλεκτρονίων Δεν μπορούν όλα τα υλικά να είναι υπεραγώγιμα

Η εξήγηση που δίνεται γιατί δεν αναπτύσσουν τα υπεραγώγιμα ηλεκτρόνια, ηλεκτρική αντίσταση, είναι ότι μπορούν οι θερμικές δονήσεις του δικτυωτού πλέγματος κρυστάλλου ενός υπεραγωγού - γνωστών ως φωνόνια (phonons) - να επιτρέπουν στα ζευγάρια των ηλεκτρονίων να ταξιδέψουν μέσω του υπεραγωγού χωρίς να συναντήσουν ηλεκτρική αντίσταση. Τα ηλεκτρόνια όμως του ζεύγους Cooper, τείνουν λόγω της θερμικής ενέργειας ενέργειας που προσλαμβάνουν λόγω της στατιστικής Boltzmann, να αποσυνδεθούν. Όσο η θερμοκρασία αυξάνεται, ο αριθμός των υπεραγώγιμων ζευγών μειώνεται, μέχρι που στην κρίσιμο θερμοκρασία Tc μηδενίζεται και το υλικό γίνεται και πάλι αγώγιμο.

Υπεραγώγιμη απόκριση B c2 100-200 T? field MIXED STATE Pinned vortex liquid unpinned vortex liquid NORMAL STATE Irreversibility line B c1 MEISSNER ( type I) temperature T c

B B c2 24.5 T Nb 3 Sn T c 18 K T ~10 7 A cm -2 J c J The critical surface for a niobium-tin alloy which is a Type II superconductor.

B c (Tesla) Lead 0.1 Normal state 0 Superconducting state T c 0 2 4 6 8 10 Temperature (K) The critical field vs temperature in Type I superconductors.

B c (T) 0.08 0.06 Lead 0.04 Mercury 0.02 Tin 0 0 2 4 6 8 Temperature (K) The critical field vs temperature in three examples of Type I superconductors.

Τα τρία όρια της υπεραγωγιμότητας Κρίσιμη θερμοκρασία Κρίσιμο εξωτερικά επιβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο Κρίσιμη πυκνότητα ρεύματος

Διαμαγνήτιση Φαινόμενο Meissner Δημιουργία επιφανειακών υπερρευμάτων σε βάθος διείσδυσης λ

Μόλις το 1933 οι φυσικοί έμαθαν για την δεύτερη σπουδαία ιδιότητα των υπεραγωγών - τον τέλειο διαμαγνητισμό. Αυτή βρέθηκε όταν οι Meissner και OschenfeldIt ανακάλυψαν ότι ένα υπεραγώγιμο υλικό σε θερμοκρασία κάτω της κρίσιμης και ευρισκόμενο μέσα σε μαγνητικό πεδίο, απωθούσε όλες τις δυναμικές γραμμές του πεδίου εκτός της μάζας του. Εννοείται ότι πρέπει το πεδίο αυτό να μην έχει ξεπεράσει την κρίσιμη τιμή Β c για την αντίστοιχη θερμοκρασία, γιατί αλλιώς η υπεραγωγιμότητα θα έχει χαθεί. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό σήμερα ως φαινόμενο Meissner. Το φαινόμενο Meissner - μια υπεραγώγιμη σφαίρα μέσα σ' ένα σταθερό εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, απωθεί εκτός αυτής όλη τη μαγνητική ροή του πεδίου.

Τα υπεραγώγιμα υλικά κατατάσσονται σε ένα από τα παρακάτω δύο είδη: Υπεραγωγοί τύπου Ι - Είναι εκείνοι που απωθούν τελείως από το εσωτερικό τους τα εφαρμοζόμενα μαγνητικά πεδία. Τα πιο συνηθισμένα και απλά υπεραγώγιμα υλικά είναι τύπου Ι. Υπεραγωγοί τύπου ΙΙ - Είναι εκείνοι οι οποίοι αποβάλλουν τελείως από το εσωτερικό τους τα μικρής έντασης μαγνητικά πεδία, αλλά αποβάλλουν μόνον εν μέρει τα εφαρμοζόμενα μαγνητικά πεδία μεγάλης έντασης. Ο διαμαγνητισμός τους δεν είναι τέλειος αλλά μερικός στα ισχυρά μαγνητικά πεδία. Το Νιόβιο είναι ένα παράδειγμα ενός στοιχειώδους υπεραγωγού τύπου ΙΙ. Αν θεωρήσουμε έναν υπεραγωγό κυλινδρικού σχήματος, λεπτό με τον άξονά του παράλληλο προς τις δυναμικές γραμμές του εφαρμοζόμενου εξωτερικού πεδίου Β a τότε: Εφόσον εντός του υπεραγωγού το μαγνητικό πεδίο είναι μηδέν θα πρέπει αυτός να αναπτύσσει μαγνήτιση Μ, τέτοια ώστε Β ολ = Β a + μ 0 Μ = 0. Θα πρέπει δηλαδή η μαγνήτιση του υπεραγωγού να είναι ανάλογη και αντίθετης φοράς προς το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Αυτή η συμπεριφορά του ημιαγωγού έχει ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη απωστικών δυνάμεων μεταξύ του υπεραγωγού και ενός μόνιμου μαγνήτη π.χ. που δημιουργεί το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο.

Και οι δύο τύποι υπεραγωγών, δείχνουν τέλεια ηλεκτρική αγωγιμότητα, και μπορούν να επανέλθουν στη συνηθισμένη αγώγιμη κατάστασή τους όταν υποβληθούν σε τιμή μαγνητικού πεδίου πάνω από την κρίσιμη.

Υπεραγωγοί τύπου ΙΙ Συνύπαρξη της υπεραγώγιμης και της κανονικής φάσης στο υλικό Δύο κρίσιμες τιμές εξωτερικά επιβαλλόμενου μαγνητικού πεδίου H A =H c (1-n) s n s n s n s

C om p o un d Ποια υλικά είναι υπεραγωγοί; Ο μαγνητισμός και η υπεραγωγιμότητα δεν συμβαδίζουν. Έτσι τα μαγνητικά μέταλλα: (V, Cr, Fe, Co, Ni, λανθανίδες) δεν θα είναι υπεραγωγοί. Τα "καλά" μέταλλα: Na, K, Rh, Pd, Cu, Ag, Au επίσης δεν εκδηλώνουν υπεραγωγιμότητα. Οι κύριοι υπεραγωγοί υψηλών θερμοκρασιών και οι θερμοκρασίες υπεραγωγής τους T b liquid nitrogen 0 50 T 100 150 c (K) H g -1223 T l-2223 T l-1223 B i-2223 Y-123 B i-2212 YBa 2 Cu 3 O 7-x (Y-123) Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8+x (Bi-2212) (Bi,Pb) 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10+x (Bi-2223) TlBa 2 Ca 2 Cu 3 O 9+x (Tl-1223) Tl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O 10+x (Tl-2223) HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8+x (Hg-1223)

Magnetic field lines Normal state Superconducting state Vortex of flux lines The mixed or vortex state in a Type II superconductor.

The Meissner effect. A superconductor cooled below its critical temperature expels all magnetic field lines from the bulk by setting up a surface current. A perfect conductor (σ= ) shows no Meissner effect.

Magnet N S Superconductor above T c Magnet N S Surface currents Superconductor below T c Left: A magnet over a superconductor becomes levitated. The superconductor is a perfect diamagnet which means that there can be no magnetic field inside the superconductor. Right: Photograph of a magnet levitating above a superconductor immersed in liquid nitrogen (77 K). This is the Meissner effect. (SOURCE: Photo courtesy of Professor Paul C.W. Chu.)

Critical magnetic field Temperature dependence of Bc1 and Bc2. B c2 Normal state Vortex state B c1 0 Meisner state T c Χρήσεις Υπεραγώγιμων Υλικών α) Υπεραγώγιμα καλώδια-γραμμές μεταφοράς β) Υπεραγώγιμοι μαγνήτες γ) Επαφές Josephson (μέτρηση τάσης με εξαιρετική ακρίβεια) δ) Αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας ε) Ιπτάμενα τρένα στ) Υπεραγώγιμοι Υπολογιστές

In 1986 J. George Bednorz (right) and K. Alex Müller, at IBM Research Laboratories in Zurich, discovered that a copper oxide based ceramic-type compound (La-Ba-Cu-O) which normally has high resistivity becomes superconducting when cooled below 35 K This Nobel prize winning discovery opened a new era of hightemperaturesuperconductivity research; now there are various ceramic compounds that are superconducting above the liquid nitrogen (an inexpensive cryogen) temperature (77 K). SOURCE: IBM Zürich Research Laboratories.

Μέθοδος παραγωγής

These high temperature superconductor (HTS) flat tapes are based on (Bi 2- xpb x )Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10-d (Bi-2223). The tape has an outer surrounding protective metallic sheath. Right: HTS tapes having ac power loss below 10 mw/m have a major advantage over equivalent-sized metal conductors, in being able to transmit considerably higher power loads. Coils made from HTS tape can be used to create more compact and efficient motors, generators, magnets, transformers and energy storage devices. SOURCE: Courtesy of Australian Superconductors.

Superconductor Radial forces Air Mechanical support structure Coil windings Copper matrix Solenoid A solenoid carrying a current experiences radial forces pushing the coil apart and axis froces compressing the coil. Superconducting electromagnets used on MRI. Operates with liquid He, providing a magnetic field 0.5 1.5 T. SOURCE: Courtesy of IGC Magnet Business group.