Vật lý siêu dẫn

World Year of PHYSICS 2005Khóa bồi d ỡng nâng cao kiến thức chuyên môn Một số tính chất cơ bản của siêu dẫn nhiệt độ thấp... World Year of PHYSICS 2005Khãa båi d ìng n©ng cao kiÕn thøc

Trang 1

World Year of PHYSICS 2005

VËt lý siªu dÉn PGS TS NguyÔn Huy Sinh

Trang 2

Khóa bồi d ỡng nâng cao kiến thức chuyên môn

Một số tính chất cơ bản của

siêu dẫn nhiệt độ thấp

Trang 3

Nguån gèc ®iÖn trë cña vËt dÉn

Trang 4

Nguồn gốc điện trở của vật dẫn

• R = R(T)

• Nguồn gốc:

– Tạp chất – Các khuyết tật

mạng

– Cấu trúc không tuần

hoàn

– Các dao động nhiệt – Điện trở d : ~ tạp

chất trong kim loại

Trang 5

• Nh vậy khi: một chất nào đó khi ta giảm nhiệt độ

xuống đến một nhiệt độ xác định Điện trở của nó

đột nhiên biến mất (kể cả điện trở d ) -> ta nói rằng Vật liệu đ ở trong trạng thái siêu dẫn.ã ở trong trạng thái siêu dẫn

– Giá trị điện trở suất của kim loại siêu dẫn xác định đ ợc

là: r < 10 -26 m.

• Khái niệm nhiệt độ thấp: Trong lĩnh vực Vật lý

Siêu dẫn và Vật lý Nhiệt độ thấp ng ời ta cho rằng vùng nhiệt độ T < 100 K đ ợc gọi là vùng nhiệt độ thấp.

– Giá trị nhiệt độ thấp nhất hiện nay tạo đ ợc là:

10 -9 10– 10 -11 K

Trang 6

Phép đo điện trở của vật liệu ở

nhiệt độ thấp

Trang 7

U

Trang 8

• Với vật liệu phi từ (tuân theo công thức

x

x D

f

e e

dx x

T R

)1)(

1(

4 ở nhiệt độ thấp

~ T ở nhiệt độ cao

{

Trang 9

Trang 10

Khãa båi d ìng n©ng cao kiÕn thøc chuyªn m«n

Trang 11

Đ ờng cong điện trở theo

nhiệt độ của Thủy ngân

Trang 12

Trang 13

La1-xCaxMnO3-Ba-Cu-O 30 – 40 1986 Bi-Ba-Ca-Cu-O 126 - 130 1997

Y(Re)-Ba-Cu-O 80 - 90 1987 (CuTl)Ba2Can-1CunO2n+4-y 121 1998

Thống kê một số chất siêu dẫn điển hình

đã được phát hiện theo thời gian

Trang 14

Mét sè kh¸i niÖm c¬ b¶n

Trang 15

• Nhiệt độ chuyển pha

Trang 16

Trang 17

Mét sè HiÖu øng quan träng cña chÊt siªu dÉn

Trang 18

Trang 19

Sù ph¸ vì tr¹ng th¸i

siªu dÉn

Trang 20

Trang 21

• NghÞch lý vÒ n¨ng l îng

H T

Cooper H

n

iC T

E E

Trang 22

Entrropy trong tr¹ng th¸i siªu dÉn

dH H

S T

G

H

N N

1 )

0 (

S N

c c

S

dT

dH H

S S

Trang 23

Ph©n lo¹i

c¸c chÊt siªu dÉn

Trang 24

1 Dựa vào hiệu ứng Meissner:

- SD loại I: hoàn toàn đúng

- SD loại II: không hoàn toàn đúng, vì siêu dẫn loại

II có tồn tại vùng trung gian (vùng hỗn hợp)

2 Tiêu chuẩn Landau:

Ginzburg-Phân loại chất siêu dẫn



Loại II

Trang 25

• Tõ tr êng thÊm s©u vµo chÊt

) (

) ,

c c

H H

2

65 , 0 1



Trang 26

Tõ tr êng thÊm s©u vµo chÊt siªu dÉn

H < H c 1 H c 1 < H < H c 2 H > H c 2

Trang 27

Lý thuyết Ginzburg Landau– Landau

• Xuất phát điểm: giải thích trạng thái SD

trật tự hơn trạng thái th ờng ( N ).

• Vậy chuyển pha SD -> N có thể mô tả bằng các trạng thái khác nhau của hệ bằng đại l ợng vật lý gọi là thông số trật tự (  ) Với 

là một hàm sóng phụ thuộc toạ độ không gian (r) có tính chất là:

• Biểu diễn năng l ợng tự do của chất SD

theo thông số trật tự.

Trang 28

• ThiÕt lËp ph ¬ng tr×nh Ginzburg – Landau:

| ) (

| )

( )

( 2

2

2 2

* )

(

* )

( )

(

* 2

2

r A r

r mc

q r

r r

r m

Trang 29

World Year of PHYSICS 2005 tính chất của cặp cooper

• Tuân theo tất cả các định luật bảo toàn nh :

p

) ( , ,  

Trang 30

Khái niệm độ dài kết hợp: 

• Đó là khoảng cách nS = nS(r) thay đổi rất

S

S S

n r

n n

2

2 2

/ 1

2 2

mc

o

Trang 31

• Thông số

Ginzburg – Landau đ ợc đ/n là:

• Tiêu chuẩn phân loại chất siêu dẫn

theo lý thuyết Ginzburg – Landau là:

• Chú ý: ,  và  là 3 thông số

vĩ mô đặc tr ng trong trạng thái SD.

–() -> Độ thấm sâu của từ tr ờng vào trong chất SD–() -> Khoảng cách các vùng có nS thay đổi rất chậm trong từ tr ờng

–() -> Tiêu chuẩn để phân biệt SD loại I và II

2 / 1



Loại II

Trang 32

Độ thấm sâu và độ dài kết hợp tại vùng biên

Trang 33

NhiÖt dung vµ b íc nh¶y nhiÖt dung trong

qu¸ tr×nh chuyÓn pha siªu dÉn

Trang 34

NhiÖt dung vµ b íc nh¶y nhiÖt dung

trong qu¸ tr×nh chuyÓn pha siªu dÉn

) ( 3

) (

2 3

3 3

T C

e a C

T

A T

C

T

T A

C C

C

T T

C C

C

e N

e

SD

T k

b e

D

e f

Trang 35

NhiÖt dung vµ b íc nh¶y nhiÖt dung

trong qu¸ tr×nh chuyÓn pha siªu dÉn

2

2 2

2

4

4 4

4

4 1

) (

42 , 1 ) ( )

( )

C

dT

dH

T dT

H d

TH dT

dH

H dT

d T

C

dT

dH H

S S

S

S dT

dS T C

C T

C

dT

dS T

C

T T

C T

C

c C

c c

c

c c

N S

C

C C

e N C

e S C

Trang 36

Chu kỳ đo các điểm nhiệt dung

1 Trước khi cấp xung nhiệt.

2 Trong khi cấp xung nhiệt.

3 Giai đoạn chờ cân bằng nhiệt

4 Giai đoạn sau khi cân bằng nhiệt.

T ( o C)

Trang 37

Chi tiết buồng đo nhiệt dung theo phương pháp đoạn nhiệt

Sơ đồ nguyên lý phép đo nhiệt dung

Trang 38

Máy chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI)

Trang 39

Thiết bị giao thoa lượng tử siêu dẫn (SQUID)

Trang 40

Dây siêu dẫn nhiệt độ cao

Trang 41

Nam châm siêu dẫn nhiệt độ cao (12 T)

Trang 42

Hiệu ứng treo từ (sử dụng nam châm siêu dẫn nhiệt độ cao YBCO)

Trang 43

Tàu hỏa siêu tốc MAGLEV (550 km/h)

Trang 44

Bộ lọc sóng micro bằng siêu dẫn nhiệt độ cao

Trang 45

Mô tơ siêu dẫn nhiệt độ cao

(Siemens first in Europe to operate a high-temperature, superconductor motor)

Trang 46

Thiết bị dò tìm các mạch điện sai hỏng bằng

siêu dẫn nhiệt độ cao.

Trang 47

Máy gia tốc hạt bằng chất siêu dẫn nhiệt độ cao

Trang 48

Tổng kết

• Hiện t ợng siêu dẫn

• Trạng thái siêu dẫn và các thông số đặc tr ng cho trạng thái siêu dẫn

• Chuyển pha siêu dẫn

• Các hiệu ứng cơ bản của SDNĐT

• Các thông số vi mô và vĩ mô

• Một số ph ơng pháp xác định các thông số cơ bản của chất SD

-> SD đã mở ra một kỷ nguyên mới…

Trang 49

Thank you for you

attention

Trang 50

E rot

C dt

Trang 51

Sự phụ thuộc của từ tr ờng tới hạnVào nhiệt độ và đ ờng cong ng ỡng

C

o c

T

T H

H

Trang 52

Mật độ dòng tới hạn phụ thuộc từ trường

của dây dẫn Nb-25%Zr

với đường kính dây khác nhau.

Trang 53

Hiệu ứng đồng vị trong một số chất siêu dẫn,

với M là khối lượng đồng vị

Trang 54

Minh họa cho Hiệu ứng nhiệt độ

C

C B

T k T

T

T T

k T

5 , 3 ) 0

(

1 5

, 3 )

(

2 / 1 2

Tiêu đề	Vật lý siêu dẫn
Tác giả	PGS. TS. Nguyễn Huy Sinh
Trường học	Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
Chuyên ngành	Vật lý
Thể loại	Khóa bồi dưỡng
Năm xuất bản	2005
Thành phố	Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	54
Dung lượng	2,05 MB