BC hiện tượng siêu dẫn

Khái niệm hiện tượng siêu dẫn Siêu dẫn là một trạng thái vật chất phụ thuộc vào nhiệt độ tới hạn Tc mà ở đó nó cho phép dòng điện chạy qua trong trạng thái không có điện trở và khi đặt s

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA SƯ PHẠM

BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÝ

- -

GVHD: Nhóm 5: MSSV:

Dương Quốc Chánh Tín - Nguyễn Tô Bảo Kha B1500791

- Lê Phương Anh B1500828

- Nguyễn Thị Bảo Trang B1500871

- Nguyễn Hoàng Tỷ B1500876

- Ngô Thị Phương Yến B1500877 Cần Thơ, 2016

Đề tài:

Đặt vấn đề

Chủ đề “ Hiện tượng siêu dẫn” được nhóm chúng em nghiên cứu với mong muốn được nâng cao hiểu biết của mình về hiện tượng siêu dẫn, nhanh chóng tiếp cận với những kiến thức và những ứng dụng mới lạ của hiện tượng này trong khoa học – đời sống

Chúng ta đã biết điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ, khi nhiệt độ giảm đều thì điện trở của kim loại giảm cũng giảm đều Tuy nhiên không phải đa số các vật liệu đều

có tính chất này Một đặc tính kỳ diệu của một số vật liệu là dưới một nhiệt độ nhất định (tùy theo từng chất) điện trở suất của vật liệu bằng không, độ dẫn điện trở nên vô cùng

Đó là hiện tượng siêu dẫn Hiện tượng lý thú này được phát hiện lần đầu tiên ở thủy ngân cách đây gần một thế kỷ (năm 1911) ở vùng nhiệt độ gần không độ tuyệt đối (≤ 4,2 K) Sau này, tính chất siêu dẫn đã được tìm thấy ở hàng loạt kim loại, hợp kim và hợp chất Ngoài ra, người ta còn phát hiện thấy với chất siêu dẫn từ trường bên trong nó luôn luôn bằng không và có hiện tượng xuyên ngầm lượng tử Các chất siêu dẫn đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực điện, điện tử… Các thiết bị có độ nhạy, độ tin cậy cực cao đã được chế tạo Ví dụ: thiết bị chụp ảnh cộng hưởng từ dùng trong các bệnh viện để chuẩn đoán chính xác bệnh con người đã sử dụng cuộn dây tạo từ trường bằng dây siêu dẫn Nhiều nhà khoa học đã cho rằng, việc phát minh ra chất siêu dẫn có thể so sánh với việc phát minh ra năng lượng nguyên tử, việc chế tạo ra các dụng cụ bán dẫn Thậm chí một số nhà khoa học còn so sánh vơi việc phát minh ra điện Các vật liệu siêu dẫn sẽ đưa đến sự thay đổi lớn lao về kĩ thuật, công nghệ, kinh tế và đời sống xã hội Ngày nay

KH-KT đã và đang phát triển đòi hỏi các nhà khoa học phải vận dụng và khai thác tối đa các ứng dụng của chất siêu dẫn để phục vụ cho con người trong mọi lĩnh vực Qua đó có thể thấy các ứng dụng gần gũi đối với con người về chất siêu dẫn

Hiện tượng siêu dẫn mang đến một sức hút kì lạ bởi những ứng dụng hết sức rộng rãi và

kì diệu Và đó cũng là một trong những động lực để nhóm thực hiện nghiên cứu về

này, nhanh chóng tiếp cận với những kiến thức và những ứng dụng mới lạ của hiện tượng siêu dẫn

Trong tài liệu này, chúng em có trình bày về những lý thuyết liên quan, khái niệm, đặc điểm của hiện tượng (hay vật liệu) siêu dẫn và cuối cùng là những ứng dụng cụ thể trong khoa học – đời sống Hy vọng tài liệu này sẽ là một tư liệu bổ ích cho các bạn sinh viên,

cũng như những người đam mê khoa học có mong muốn tìm hiểu thêm về hiện tượng siêu dẫn – một vấn đề còn rất nhiều điều kỳ bí

I Hiện tượng siêu dẫn

I.1 Khái niệm hiện tượng siêu dẫn

Siêu dẫn là một trạng thái vật chất phụ thuộc vào nhiệt độ tới hạn (Tc) mà ở đó nó cho phép dòng điện chạy qua trong trạng thái không có điện trở và khi đặt siêu dẫn vào trong

từ trường thì từ trường bị đẩy ra khỏi nó

Kiến thức lớp 11: Khi nhiệt độ hạ xuống dưới nhiệt độ Tc nào đó, điện trở của kim

loại (hay hợp kim) đó giảm đột ngột đến giá trị bằng không

80

) 60

W ( 40

R 20 0

0 20 40 60

(K)

Hình 1.1

Sự mất điện trở của chất siêu dẫn ở nhiệt độ thấp

I.2 Điện trở không

Về nguyên tắc, ở dưới nhiệt độ chuyển pha, điện trở của chất siêu dẫn xem như hoàn toàn biến mất Nhưng thực chất trong trạng thái siêu dẫn, điện trở thành không hay là có giá trị rất nhỏ thì không thể chứng minh được bởi vì điện trở của nhiều chất trong trạng thái siêu dẫn có thể nhỏ hơn độ nhạy mà các thiết bị đo cho phép có thể ghi nhận được Trong trường hợp nhạy hơn, cho dòng điện chạy xung quanh một xuyến siêu dẫn khép kín, khi đó nhận thấy dòng điện hầu như không suy giảm sau một thời gian rất dài Giả thiết rằng tự cảm của xuyến là L, khi đó nếu ở thời điểm t = 0 ta bắt đầu cho dòng I(0) chạy vòng quanh xuyến, ở thời gian muộn hơn t ≠ 0, cường độ dòng điện chạy qua xuyến tuân theo công thức: I(t)=i(0)e(-R/L)

Ở đây R là điện trở của xuyến

I.3 Nhiệt độ tới hạn và độ rộng chuyển pha

Ở nhiệt độ xác định (Tc) điện trở của một chất đột ngột biến mất - chất đó có thể cho phép dòng điên chạy qua trong trạng thái không có điện trở (trạng thái siêu dẫn) Chất có biểu hiện trạng thái siêu dẫn gọi là chất siêu dẫn Nhiệt độ mà tại đó điện trở hoàn toàn

biến mất được gọi là nhiệt độ tới hạn (nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn Tc) là to mà tại đó một chất chuyển từ trạng thái thường sang trạng thái siêu dẫn

Khoảng to từ khi điện trở bắt đầu suy giảm đột ngột đến khi bằng 0 gọi là độ rộng chuyển pha siêu dẫn (∆T), nó phụ thuộc bản chất của từng vật Ví dụ: độ rộng chuyển pha của Hg là ∆T = 5.10-2 K

II.1 Tính chất từ

II.1.1 Tính nghịch từ của vật dẫn lí tưởng

Chất siêu dẫn ở dưới nhiệt độ chuyển pha của nó biểu hiện không có điện trở và được gọi là vật dẫn lý tưởng (vật dẫn hoàn hảo) Giả thiết rằng: làm lạnh mẫu kim loại xuống dưới nhiệt độ chuyển pha của nó, mẫu trở thành vật dẫn hoàn hảo Điện trở vòng quanh đoạn đường khép kín tưởng tượng bên trong kim loại là 0 Do đó, tổng từ thông bao quanh vật là không đổi Nó chỉ đúng trong những trường hợp: = 0 (tức , với : mật độ từ thông) → Sự phân bố từ thông trong kim loại cần phải được duy trì giống như trước khi kim loại mất điện trở Và giả thiết rằng: mẫu bị mất điện trở khi không có

từ trường ngoài tác dụng Vì mật độ từ thông trong kim loại không thay đổi, cho nên nó phải là 0 thậm chí cả sau khi có từ trường đặt vào Thực tế, từ trường có tác dụng nên mẫu siêu dẫn gây ta dòng điện chạy quanh bề mặt mẫu, tạo ra mật độ từ thông ở mọi nơi trong lòng mẫu, chính xác bằng và ngược chiều với mật độ từ thông của từ trường ngoài

Vì các dòng này không biến mất, nên mật độ từ thông mạng bên trong vật liệu vẫn duy trì

là 0 Các dòng mặt I sinh ra mật độ bên trong kim loại (thường gọi là các dòng chắn)

→ Mật độ từ thông tạo nên do những dòng mặt dư (persistent) không biến mất ở biên của mẫu, mà các đường từ thông tạo thành các đường cong khép kín liên tục 14 vòng qua không gian bên ngoài mẫu, mặc dù mật độ từ thông này ở mọi nơi bên trong mẫu là bằng nhau và ngược với từ thông sinh ra do từ trường ngoài Giả thiết rằng, từ trường Ba được đặt vào khi mẫu ở trên to chuyển pha Sau đó mẫu được làm lạnh đến to thấp sao cho điện trở của nó biến mất (Sự biến mất điện trở không gây ảnh hưởng lên độ từ hóa và sự phân

bố từ thông vẫn duy trì không đổi) Khi giảm từ trường về 0 thì mật độ từ thông bên trong kim loại có độ dẫn lý tưởng không thay đổi và dòng bề mặt sẽ xuất hiện để duy trì từ thông bên trong nó → Trạng thái từ hóa của vật dẫn lý tưởng không xác định duy nhất bằng các điều kiện bên ngoài, mà phụ thuộc vào chuỗi các điều kiện tại vị trí đang tồn tại

II.1.2 Vật siêu dẫn không lý tưởng

Các mẫu lý tưởng là các mẫu không chứa tạp chất hoặc không có những sai hỏng về tinh thể Mẫu lý tưởng có từ trường tới hạn rất sắc nét và đường cong từ hóa lá hoàn toàn thuận nghịch.Có thể thấy rằng độ từ hóa là không thuận nghịch khi từ trường tăng và giảm, các đường cong từ hóa biểu hiện khác nhau, (xuất hiện hiện tượng từ trễ) Khi từ trường giảm đến 0 vẫn có thể còn sót lại một chút độ từ hóa dương của mẫu và nó làm tăng mật độ từ thông riêng BT và độ từ hóa Ir, (hiện tượng từ thông bị hãm) Trong điều kiện này, siêu dẫn giống như nam châm vĩnh cửu Như vậy mẫu không lý tưởng cho thấy:

• Có ba từ trường tới hạn khác

nhau (HC1, HC2 và HC3)

• Có đường cong từ trễ

• Có từ thông bị hãm (bẫy)

Thực tế, nhiều mẫu không hoàn hảo như vậy Nhưng vẫn có khả năng chế tạo những mẫu gần như lý tưởng sao cho chúng biểu hiện các tính chất gần giống vật liệu lý tưởng

II.1.3 Hiệu ứng Meissner

Hiệu ứng Meissner cho biết, chất siêu dẫn biểu hiện tính chất: Trong lòng nó các

đường cảm ứng từ =0 Nghĩa là, siêu dẫn biểu hiện như một chất nghịch từ lý tưởng

Hệ số từ hóa của chất siêu dẫn trong hệ ( CGS) sẽ là:

II.1.4 Từ trường tới hạn

Dưới tác dụng của từ trường đã làm cho trạng thái siêu dẫn → trạng thái thường Giá trị xác định của từ trường (Hc) (hay giá trị xát định làm mất trạng thái siêu dẫn) được gọi

là từ trường tới hạn (hay từ trường tới hạn nhiệt động):

Với H0 là từ trường tại T = 0 và tại T = Tc thì Hc(Tc) = 0 Đường cong Hc phụ thuộc T được gọi là đường cong ngưỡng Đường này là 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 là trạng thái thường

II.1.5 Dòng tới hạn

Dòng cực đại đạt dược trong trạng thái siêu dẫn được gọi là dòng tới hạn - Ic Năm

1913, Kamerlingh Onnes: Nếu trong dây siêu dẫn có dòng điện I lớn hơn dòng tới hạn Ic chạy qua thì trạng thái siêu dẫn cũng bị phá vỡ Đó là hiệu ứng dòng tới hạn năm 1916 Silsbee: Vai trò quyết định để đưa vật liệu từ trạng thái siêu dẫn sang trạng thái thường trong hiệu ứng dòng tới hạn không phải do bản thân dòng lớn I gây ra mà chính là từ trường do dòng I sinh ra trong dây dẫn đã phá vỡ trạng thái siêu dẫn Thực nghiệm dây

siêu dẫn tròn có đường kính a, dòng trong dây siêu dẫn là I > Ic thì mối quan hệ giữa từ trường tới hạn và các đại lượng I và a sẽ là: công thức Silsbee

Ngoài khái niệm dòng tới hạn (Ic) thông thường, người ta còn dùng khái niệm mật độ dòng tới hạn (Jc) để thay khái niệm dòng tới hạn (Đơn vị A/cm2) Các dòng trong chất siêu dẫn đều chạy trên bề mặt bên trong đoạn đường thấm sâu, mật độ dòng giảm nhanh

từ một vài giá trị Ja ở bề mặt Trạng thái siêu dẫn cũng bị phá vỡ nếu mật độ dòng siêu dẫn vượt quá một giá trị xác định, đó là giá trị mật độ dòng tới hạn Jc

Có hai sự đóng góp vào dòng điện chạy trên bề mặt chất siêu dẫn Dòng điện chạy dọc theo dây siêu dẫn từ nguồn bên ngoài như pin, acquy gọi là “dòng truyền” ( nó truyền điện tích vào và ra khỏi dây) Nếu dây dẫn đặt trong từ trường, các dòng chắn sẽ bao quanh để hủy các đường từ thông ở bên trong kim loại Các dòng chắn này chồng lên trên dòng truyền và ở nhiểu điểm, mật độ dòng có thể xem như là tổng các thành phần , do

dòng truyền và thành phần được làm tăng lên từ các dòng chắn: = +

Có thể dự đoán rằng siêu dẫn sẽ bị phá vỡ nếu độ lớn của tổng mật độ dòng ở các điểm vượt quá mật độ dòng tới hạn Phương trình London biểu diễn mối liên hệ giữa mật độ

dòng siêu dẫn ở các điểm và mật độ từ thông tại điểm đó:

Nếu tổng dòng điên chạy trên chất siêu dẫn là đủ lớn thì mật độ dòng ở bề mặt đạt đến giá trị tới hạn Jc và độ lớn từ trường tham gia ở bề mặt sẽ có giá trị là Hc Ngược lại Điều này dẫn đến giả thuyết chung: “Chất siêu dẫn bị mất đi điện trở không của nó khi mà tổng độ lớn từ trường do dòng truyền và từ trường đặt vào vượt quá độ lớn từ trường tới hạn Hc tại các điểm trên bề mặt của nó” Giá trị cực đại của dòng truyền dọc theo một nguyên tố siêu dẫn không điện trở là dòng tới hạn của nguyên tố đó Nếu không có từ trường đặt vào, mà chỉ có từ trường được sinh ra do các dòng truyền, thì dòng tới hạn sẽ

là sinh ra độ lớn từ trường tới hạn Hc ở bề mặt vật dẫn (công thức và giả thuyết Silsbee) Như vậy, độ lớn của Hc phụ thuộc vào to, nó giảm đi khi to tăng lên và trở thành 0 tại Tc Điều này chứng minh rằng Jc phụ thuộc vào to theo cách giống nhau

II.1.6 Mối liên hệ giữa từ trường tới hạn và dòng tới hạn

Xét dây dẫn hình trụ có bán kính a và dòng điện chạy qua nó là i Nếu không có từ trường ngoài, thì dòng điện I sẽ sinh ra từ trường ở bề mặt dây dẫn với độ lớn Hi tuân theo phương trình sau: I=2πaHi Dòng tới hạn tương ứng sẽ là: ic =2πaHi Hệ thức này xác định cách đo dòng cực đại của dây siêu dẫn Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng: trong trường hợp không có từ trường ngoài, phương trình tiên đoán được chính xác giá trị ic Trong từ trường yếu hoặc khi không có từ trường thì giá trị dòng tới hạn của các chất siêu dẫn có thể rất cao

Xét nguyên nhân: Đầu tiên giả thiết rằng từ trường đặt vào có mật độ từ thông Ba và độ

lớn từ trường chạy dọc theo dây sinh ra từ trường bao quanh dây và độ lớn của

từ trường sinh ra trên bề mặt dây là: Hi ≈ 2πa.Từ trường này và từ trường đặt vào là hai vec tơ vuông góc với nhau, nên độ lớn H của từ trường tổng hợp ở bề mặt dây là:

hoặc Giá trị dòng tới hạn ic xuất hiện khi H = Hc từ

phương trình trên ta có: Ở đây Hc là hằng số, vì vẫy phương trình này

biểu diễn sự thay đổi của ic theo Ha: đồ thị biểu diễn sự giảm dòng tới hạn theo lớn của từ trường đặt vào theo chiều dọc tăng lên, có dạng một phần tư của ellip, mật độ từ thông phân bố đều trên bề mặt của dây va các đường từ thông chạy theo hình xoắn ốc Giả thiết là từ trường không đủ mạnh để đưa chất siêu dẫn vào trạng thái trung gian, Trong trường hợp này, tổng mật độ từ thông là không đồng đều trên bề mặt dây Độ lớn của từ trường cực đại xuất hiện dọc theo đường L Do có hiện tượng khử

từ nên từ trường 2Ha đặt lên từ trường Hi để cho tổng từ trường là:

trong trường hợp này dòng tới hạn giảm tuyến tính theo sự tăng của

từ trường đặt vào cho đến khi đạt giá trị bằng 0 ở

II.1.7 Phân loại các chất siêu dẫn theo tính chất từ

Dựa vào hiệu ứng Meissner:

• Siêu dẫn loại I: hoàn toàn đúng

• Siêu dẫn loại II: không hoàn toàn đúng Đã tồn tại vùng trung gian (vùng hỗn hợp)

II.2 Tính chất nhiệt

II.2.1 Sự lan truyền nhiệt trong chất siêu dẫn

Xét quá trình điện trở hoàn trở lại với dây dẫn khi dòng điện chạy trong dây siêu dẫn vượt quá dòng tới hạn Giả thiết dây là hình trụ Trong thực tế không có dây dẫn nào mà toàn bộ chiều dài của nó, tất cả các nguyên tố dây dẫn có tính chất hoàn toàn đồng tính Giả thiết dòng điện chạy dọc theo dây dẫn và độ lớn của nó tăng cho đến khi vượt qua dòng tới hạn ic (A) tại tiết diện A Do tiết diện nhỏ nên A sẽ trở thành vật cản dòng điện trong khi các phần khác của dây vẫn duy trì dòng siêu dẫn Hậu quả này làm cho trong dây dẫn xuất hiện một điện trở nhỏ r Như vậy, tại tiết diện A dòng điện i xuyên suốt vật liệu đã có điện trở và đồng thời tại đây nhiệt được sinra, Nhiệt lượng này tỷ lệ với i2r Kết quả là nhiệt độ tại A tăng lên và xuất hiện dòng nhiệt chạy từ A dọc theo kim loại và đi vào môi trường xung quanh

Dòng nhiệt này phụ thuộc vào nhiệt độ tăng lên ở A, độ dẫn nhiệt của kim loại và nhiệt lượng bị mất thông qua bề mặt dây dẫn Nhiệt độ tại A sẽ tăng cho đên khi tỉ số dòng nhiệt truyền từ A bằng i2r tại nơi mà nhiệt sinh ra Nếu tỉ số nhiệt sinh ra là thấp thì to tại

A chỉ tăng lên một lượng nhỏ, trong trường hợp này dòng siêu dẫn vẫn được duy trì Nếu nhiệt sinh ra có tỉ số lớn vì điện trở của A cao hoặc do dòng i là lớn, thì to ở A có thể tăng lên vượt quá Tc của dây dẫn

Trong thực tế, sự xuất hiện dòng điện đã làm giảm từ nhiệt độ Tc đến nhiệt độ <Tc(i) Vậy, nếu có nhiệt sinh ra ở A thì các vùng cận kề với A cũng bị nung nóng lên trên nhiệt

độ Tc(i) và các vùng này sẽ trở thành vùng thường Dòng điện i chạy qua các vùng thường này và lại sinh ra nhiệt Nhiệt lượng này lại đưa các vùng lân cận trở thành vùng thường và cứ thế tiếp diễn Kết quả, mặc dù dòng điện duy trì là hằng số, nhưng vùng thường cứ thế mở rộng mãi ra từ A cho đến khi toàn bộ đây dẫn trở thành trạng thái thường Khi đó, trong trạng thái thường, điện trở của toàn bộ dây dẫn sẽ trở lại đúng giá trị Rn Nhờ vậy, vùng thường có thể mở rộng ra từ trung tâm điện trở cho đến toàn bộ dây dẫn Quá trình này gọi là sự truyền nhiệt, nó xuất hiện nhiều hơn nếu dòng tới hạn lớn và điện trở ở trạng thái kim loại có giá trị cao

Để tính sự truyền nhiệt, cần phải xác định dòng tới hạn Việc đo dòng tới hạn của mẫu có thể gặp khó khăn, đặc biệt là trong từ trường thấp hoặc là trong từ trường bằng 0, thường

có giá trị dòng rất cao Hãy xét dòng siêu dẫn có độ dày đồng nhất và giả thiết là dòng tới hạn đo được bằng cách tăng dòng điện chạy trong dây siêu dẫn cho đến khi quan sát được hiệu điện thế Nếu I < ic thì không có sự sụt thế dọc theo mẫu và cũng không có nhiêt sinh ra trong mẫu Tuy nhiên, các dây dẫn mang dòng điện tới mẫu thường là kim loại không siêu dẫn Như vậy, nhiệt sẽ sinh ra trong các dây dẫn đó do dòng điện chạy qua Kết quả là các phần cuối của mẫu tiếp xúc với dây dẫn sẽ nóng lên chút ít và tại đó ic sẽ thấp hơn so với phần thân của mẫu Do dòng điện tăng lên, các phần cuối của mẫu chuyển thành phần thường tại nơi mà dòng điện nhỏ hơn so với ic thực của mẫu Các vùng thường còn lại tiếp tục lan rộng ra toàn bộ dây dẫn nhờ sự truyền nhiệt Cuối cùng,ta quan sát được hiệu diện thế ở mọi nơi có dòng điện nhỏ hơn dòng tới hạn thực

Để làm giảm khả năng truyền nhiệt tới các điểm tiếp xúc, cần phải sử dụng các dây dẫn dày sao cho nhiệt sinh ra tại các điểm tiếp xúc là nhỏ hoặc không đáng kể Như vậy

có thể đo được dòng tới hạn của tiết diện mong muốn trước khi có sự truyền nhiệt bắt đầu

từ các điểm tiếp xúc Đặc trưng sự trở lại của điện trở do sự truyền nhiệt là sự xuất hiện hoàn toàn của điện trở thường, khi dòng điện xác định vượt qua dòng tới hạn Kết quả, vùng thường lan rộng chiếm suốt toàn bộ mẫu và trạng thái siêu dẫn bị phá vỡ

II.2.2 Nhiệt dung của chất siêu dẫn

Nhiệt dung của một chất thường bao gồm sự đóng góp của mạng (phonon) và của điện

tử Nó được biễu diễn theo công thức sau: C= Thông thường ở dưới nhiệt độ chuyển pha, nhiệt dung của kim loại siêu dẫn là rất nhỏ, nhỏ hơn cả nhiệt dung của kim loại ở nhiệt độ thường

Thực nghiệm cho thấy tại điểm chuyển pha từ trạng thái thường → trạng thái siêu dẫn, nhiệt dung có bước nhảy Mặt khác, ở hai trạng thái siêu dẫn và trạng thái thường phần

nhiệt dung của mạng βT 3 là không đổi, vậy sự thay đổi nhiệt dung toàn phần ở trạng thái

siêu dẫn chỉ do sự đóng góp của nhiệt dung điện tử ً γT Một số thiết bị đo chính xác ở nhiệt độ thấp đã chứnh minh được rằng ở trạng thái T < Tc, nhiệt dung điện tử của kim

loại trong trạng thái siêu dẫn thay đổi theo nhiệt độ theo quy luật sau: , a và b

là các hằng số Sự thay đổi theo hàm e mũ cho thấy to đã làm tăng các điện tử bị kích thích vượt qua khe năng lượng ở trạng thái cơ bản của chúng Số điện tử bị kích thích

vượt qua khe cũng sẽ thay đổi bằng hàm e mũ theo to, chứng tỏ trong trạng thái siêu dẫn

có sự tồn tại của các khe năng lượng (một đặc trưng cơ bản của trạng thái siêu dẫn)

Keesom và Bok: khi không có từ trường ngoài tác dụng, khi có sự chuyển pha siêu dẫn

thì nhiệt dung điện tử (ً γT) cũng dạng gồm hai phần và có đặc trưng riêng Tại điểm

chuyển pha T=Tc, bước nhảy của nhiệt dung có giá trị là: Tại T < Tc nhiệt dung siêu dẫn giảm mạnh và không tuyến tính cho đến 0

Ehrenfest: Chuyển pha nhiệt dung tại T = Tc là chuyển pha loại II (đối xứng), chuyển pha loại II có hai đặc điểm quan trọng: 1 là nó không đi kèm nhiệt Latent mà là các trạng thái của hệ thay đổi liên tục tạo ra sự thay đổi đột ngột về sự đối xứng của hệ 2 là nhiệt dung có bước nhảy Ở to chuyển pha, entropy của trạng thái siêu dẫn và trạng thái thường

là như nhau Trong trường hợp có từ trường tác dụng (H ≠0 ), nếu mẫu chuyển pha trong

vùng T ≤ Tc thì quá trình chuyển pha có kèm theo ẩn nhiệt (chuyể pha loại I) Sự tăng,

giảm entropy trong quá trình chuyển pha siêu dẫn có liên quan trực tiếp đến nhiệt dung

II.2.3 Độ dẫn nhiệt của chất siêu dẫn

Độ dẫn nhiệt (k) của kim loại là vấn dề phức tạp, Ta biết rằng, năng lượng nhiệt được

truyền trong kim loại bằng cả điện tử và photon Quá trình truyền nhiệt là quá trình va chạm của từng loại hạt tải với chính loại đó, với các loại hạt tải khác, với các sai hỏng mạng và các biên hạt (phụ thuộc nhiệt độ, nồng độ, tạp chất vá kích thước mẫu) Ở trạng thái siêu dẫn còn phụ thuộc cả vào từ trường và các xoáy từ, Vì vậy, chỉ có thể xác định được những thành phần tương đối đơn giản và để phân tích trong quá trình thực nghiệm

Các kết quả thực nghiệm cho rằng: độ dẫn nhiệt (k) trong trạng thái siêu dẫn thấp hơn nhiều so với trạng thái thường Trạng thái siêu dẫn, độ dẫn nhiệt của vật liệu (kSD ) giảm mạnh trong vùng nhiệt độ T<TC Về mặt định lượng, có thể giả định mô hình hai chất

lỏng Bản chất của nó là : Khi nhiệt độ giảm, nồng độ của chất siêu chảy điện tử tăng lên (electron superfluid) Chất siêu chảy điện tử trong Heli lỏng không mang năng lượng cho

nên độ dẫn nhiệt bị giảm xuống theo nhiệt độ Trong nhiều chất siêu dẫn khi T<TC độ

dẫn nhiệt giảm giảm xuống xấp xỉ hoặc bằng 0

→ Điện tử siêu dẫn không đóng vai trò trong sự dẫn nhiệt Nó không được áp dụng để

chế tạo các công tắc nhiệt siêu dẫn trong kĩ thuật to thấp Hulm(siêu dẫn loại II), quá trình chuyển pha siêu dẫn đã có sự tán xạ nhẹ của các sóng phonon lên các điện tử làm tăng бSD (độ dẫn nhiệt) Các sóng này mất dần theo sự giảm nhiệt trong trạng thái siêu dẫn

II.2.4 Hiệu ứng đồng vị