Hiện tượng siêu dẫn và những ứng dụng trong khoa học – đời sống

Hiện tượng siêu dẫn và những ứng dụng trong khoa học – đời sống.

Giáo viên hướng dẫn: TS Lê Văn Hoàng

Nhóm thực hiện: Vũ Trúc Thanh Hoài

Huỳnh Thị Hương Nguyễn Thị Ngọc Lan (26 – 06)

Nguyễn Thị Mỹ Linh

Bạn có bị

ấn tượng

với hình

ảnh bên?

Nội dung

Lịch sử siêu dẫn

Năm 1908 Kamerlingh Onnes đã đặt bước tiến đầu tiên trong việc ra siêu dẫn khi ông hóa lỏng được khí trơ cuối cùng là Heli tại trường đại học tổng hợp quốc gia Leiden,

Hà Lan

Kamerlingh Onnes

 Siêu dẫn nhiệt độ thấp năm 1911 cũng chính Kamerligh đã phát hiện ra tính chất siêu dẫn của thủy ngân khi nghiên cứu sự thay đổi

điện trở một cách đột ngột của mẫu kim loại này ở 4.2 K Ba năm sau chính ông là người đầu tiên chế tạo được nam châm siêu dẫn

phá vỡ tính chất siêu dẫn

Lịch sử siêu dẫn

Đường cong siêu dẫn theo nhiệt độ của thủy ngân

Năm 1930 hợp kim siêu dẫn đầu tiên

được tìm ra

Năm 1933 Meissner và Ochsenfeld tìm ra hiện tượng các đường sức từ bị đẩy ra khỏi chất siêu dẫn khi làm lạnh chất siêu dẫn

trong từ trường Hiệu ứng này được đặt tên

là hiệu ứng Meissner

Lịch sử siêu dẫn

Walter Meissner & Robert Ochsenfeld

Năm 1957 lý thuyết BCS ra đời bởi

Bardeen, Cooper, và Schriffer

(Thụy Sỹ) đã tìm ra hiện tượng siêu dẫn có trong hợp chất gốm La – Ba – Cu – O với

nhiệt độ chuyển pha nằm trong vùng nhiệt độ Nitơ lỏng

Lịch sử siêu dẫn

John Bardeen, Leon Cooper,and John Schrieffer

Ngay sau sự kiện năm 1986 nhiệt độ tới hạn của các chất siêu dẫn nhanh chóng vượt

Ngày nay một số thông tin còn cho rằng

có thể chế tạo được chất siêu dẫn ở nhiệt độ xấp xỉ nhiệt độ phòng dưới dạng các màng mỏng siêu dẫn chứa Bi

Lịch sử siêu dẫn

 Giải Nobel Vật lý 2003 được chia đều cho ba khoa học gia đã có những đóng góp có tính cách cơ bản vào việc khảo cứu hiện tượng Siêu dẫn và Siêu lỏng Đó là:

Alexei A Abrikosov Vitaly L Ginzburg Anthony J Leggett

Hiện tượng siêu dẫn

Siêu dẫn là một trạng thái vật chất phụ thuộc vào nhiệt độ tới hạn 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

Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng mà điện trở của một chất nào đó đột ngột giảm về 0 ở một nhiệt độ xác định

Tính chất từ

Những vật dẫn không có điện trở được gọi là vật dẫn lý tưởng hoặc vật dẫn hoàn hảo.

Khi giảm từ trường về 0 thì mật độ từ thông bên trong kim loại có độ dẫn lý tưởng không thể

thay đổi và dòng bề mặt sẽ xuất hiện để duy trì từ

thông bên trong nó.

Một trong những tính chất thể hiện tính nghịch từ của vật liệu siêu dẫn là hiệu ứng

Meissner

Tính nghịch từ của vật dẫn lí tưởng

Hiệu ứng Meissner

Năm 1933, Meissner và Ochsenfied phát hiện ra rằng: Nếu chất siêu dẫn được làm

lạnh trong từ trường xuống dưới nhiệt độ

từ B sẽ bị đẩy ra khỏi chất siêu dẫn

Minh họa cho hiệu ứng Meissner

T

T H

Minh họa cho hiệu ứng Meissner

J

E  

E rot

C dt



Tính nghịch từ của

vật dẫn không lí tưởng

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)

Dựa vào hiệu ứng Meissner:

- Siêu dẫn loại I: hoàn toàn đúng.

- Siêu dẫn loại II: không hoàn toàn đúng, vậy siêu dẫn loại II đã tồn tại

vùng trung gian (vùng hỗn hợp).

Tiêu chuẩn Ginzburg – Landau:-

Phân loại các chất siêu dẫn theo tính chất từ

1 2 1

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

Các lý thuyết liên quan

Lý thuyết Ginzburg - Landau

Phương trình Ginzburg – landauXuất phát điểm: Giải thích trạng thái siêu dẫn trật tự hơn trạng thái thường

Vậy chuyển pha siêu dẫn sang trạng thái thường khác nhau của hệ bằng đại

lượng vật lý gọi là thông số trật tự Với

là hàm sóng phụ thuộc tọa độ không

Thiết lập phương trình Ginzburg- landau:

Tính mật độ dòng siêu dẫn:

Phương trình này khẳng định thông số trật tự  là

một hàm sóng vĩ mô của các cặp cooper.

2 2

Chất siêu dẫn nhiệt độ cao

Sơ lược về lịch sử phát hiện các

chất siêu dẫn nhiệt độ cao

hiện với hợp chất BaPb1-xBix03 (x = 0,25) có

Trong năm 1986 nhóm TOKYO đã xác

trúc Perovkite loại K2NiF4 TC cỡ 30 K

Năm 1991, đã tìm ra siêu dẫn còn có trong cả các hợp chất hữu cơ KxC60 với nhiệt

độ chuyển pha lên đến 28 K Một phát hiện rất quan trọng cũng vào năm đó là các nhà khoa học ở AT&T đã tìm thấy siêu dẫn hữu

cơ là chất C60Rb3 có nhiệt độ TC cỡ 30 K

Sơ lược về lịch sử phát hiện các

chất siêu dẫn nhiệt độ cao

 20/01/1994 nhóm tác giả R.J.Cava đã công

bố tìm thấy siêu dẫn trong hợp chất

Intermetallic-LnNi2B2C (Ln = Y, Tm, Er, Ho, Lu) có nhiệt độ TC = 13 - 17 K

mới được phát hiện

Sơ lược về lịch sử phát hiện các

chất siêu dẫn nhiệt độ cao

Một số loại siêu dẫn nhiệt độ cao

điển hình chứa Cu và Oxy

 HgBa2Can-1CunO2n+4 (gọi tắt là Hg-12(n-1)n

Một số loại siêu dẫn nhiệt độ cao

điển hình chứa Cu và Oxy

Chất siêu dẫn nhiệt độ cao

các tấm mỏng,… có kích thước đặc trưng

(đường kính hạt, sợi, ống, bề dày tấm mỏng, vv.) khoảng từ 1 nm đến 100 nm (nm =

nanomét = 10-9 m)

chúng có nhiều tính chất kì diệu và mới mẻ

Ứng dụng

Ứng dụng

Hiện nay ước tính truyền tải điện năng sẽ chịu hao phí ở mức 15 đến 20 % do đó nếu

có thể truyền tải bằng dây siêu dẫn sẽ giúp tiết kiệm được khoản chi phí khá lớn

Bom E: Từ trường siêu dẫn sẽ tạo ra một dao động để huỷ thiết bị truyền động điện tử Thiết bị này đã từng được quân đội Mỹ sử

dụng năm 2003

Ứng dụng

Tàu chạy trên đệm từ.

Hình 5.2

Sơ đồ hoạt động của tàu chạy trên đệm từ

 Vào tháng 12 năm 2003, tàu Yamanashi MLX01 đã

Tàu Yamanashi

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

Máy chụp cộng hưởng từ MRI

để có một từ trường đủ mạnh để cho nguyên

tử hydro bên trong chất béo của con người

và các phân tử nước được tăng lên mức

năng lượng nào đó có thể đo được bằng các dụng cụ đặc biệt

Máy chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI)

Máy chụp ảnh cộng hưởng MRI

QuantumInterference Device= máy giao thoa lượng tử dùng siêu dẫn ) có thể sử dụng như một máy cộng hưởng từ tuy nhiên không cần

từ trường mạnh Họ có thể xác định được sự thay đổi từ trường rất nhỏ Và cũng có thể sử dụng cho những trường hợp xác định một

cách chính xác các chuyển động

Thiết bị giao thoa lượng tử siêu dẫn (SQUID)

Bình tích trữ năng lượng từ siêu dẫn (SMES)

Nam châm siêu dẫn nhiệt độ cao (12 T)

Mô hình siêu máy tính

Bộ lọc sóng micro bằng siêu dẫn nhiệt độ cao

Tách chiết từ

Mô tơ siêu dẫn nhiệt độ cao (Siemens first in Europe to operate a high-temperature, superconductor motor)

Máy phát điện siêu dẫn

Thiết bị dò tìm các

mạch điện sai hỏng bằng

siêu dẫn nhiệt độ cao.

Thiết bị dò sóng milimet

Máy gia tốc hạt bằng chất siêu dẫn nhiệt độ cao