báo cáo vật liệu điện vật liệu siêu dẫn SPKT

GIỚI THIỆU 3 1. Lịch sử phát triển của vật liệu siêu dẫn 5 2. Tính chất của vật liệu siêu dẫn 8 2.1 Sơ lược vật liệu siêu dẫn 8 2.2.1 Đặc tính riêng thứ nhất của chất siêu dẫn. 9 2.2.2 Đặc tính riêng thứ 2 của vật liệu siêu dẫn. 10 2.2.3 Đặc tính riêng thứ 3 của vật liệu siêu dẫn : 11 2.3 Các lý thuyết liên quan về siêu dẫn 12 2.3.1 Lý thuyết Ginzburg - Landau 12 2.3.2 Lý thuyết BCS 12 3. Nguyên lý vật liệu siêu dẫn 13 3.1 Sự khác biệt giữa vật siêu dẫn và vật dẫn điện hoàn hảo 13 3.2 Phân loại các vật liệu siêu dẫn 14 4.Ứng dụng vật liệu siêu dẫn 14 4.1 Truyền tải điện năng 14 4.2 Đoàn tàu chạy trên đệm từ 16 4.3 Tạo ra Máy gia tốc mạnh 17 4.4 Máy đo điện trường chính xác 21 4.5 Cái ngắt mạch điện từ trong máy tính điện tử siêu tốc 22 4.6 Máy quét MRI dùng trong y học 24 4.7 Chiếu sáng chất siêu dẫn - Phát kiến của nhóm giáo sư Yoram Dagan 26

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

TIỂU LUẬN

ĐỀ TÀI: VẬT LIỆU ĐIỆN ĐIỆN TỬ

Giảng viên hướng dẫn : Phạm Xuân Hổ Nhóm 4

Tên thành viên Mã số sinh viên

Hồ Chí Minh

MỤC LỤC

GIỚI THIỆU 3

1 Lịch sử phát triển của vật liệu siêu dẫn 5

2 Tính chất của vật liệu siêu dẫn 8

2.1 Sơ lược vật liệu siêu dẫn 8

2.2.1 Đặc tính riêng thứ nhất của chất siêu dẫn 9

2.2.2 Đặc tính riêng thứ 2 của vật liệu siêu dẫn 10

2.2.3 Đặc tính riêng thứ 3 của vật liệu siêu dẫn : 11

2.3 Các lý thuyết liên quan về siêu dẫn 12

2.3.1 Lý thuyết Ginzburg - Landau 12

2.3.2 Lý thuyết BCS 12

3 Nguyên lý vật liệu siêu dẫn 13

3.1 Sự khác biệt giữa vật siêu dẫn và vật dẫn điện hoàn hảo 13

3.2 Phân loại các vật liệu siêu dẫn 14

4.Ứng dụng vật liệu siêu dẫn 14

4.1 Truyền tải điện năng 14

4.2 Đoàn tàu chạy trên đệm từ 16

4.3 Tạo ra Máy gia tốc mạnh 17

4.4 Máy đo điện trường chính xác 21

4.5 Cái ngắt mạch điện từ trong máy tính điện tử siêu tốc 22

4.6 Máy quét MRI dùng trong y học 24 4.7 Chiếu sáng chất siêu dẫn - Phát kiến của nhóm giáo sư Yoram Dagan 26

GIỚI THIỆU

Siêu dẫn là hiệu ứng vật lý xảy ra đối với một số vật liệu ở nhiệt độ đủ thấp và từtrường đủ nhỏ, đặc trưng bởi điện trở bằng 0 dẫn đến sự suy giảm nội từ trường(hiệu ứng Meissner) Siêu dẫn là một hiện tượng lượng tử Trạng thái vật chất nàykhông nên nhầm với mô hình lý tưởng dẫn điện hoàn hảo trong vật lý cổ điển

Trong chất siêu dẫn thông thường, sự siêu dẫn được tạo ra bằng cách tạo một lựchút giữa một số electron truyền dẫn nào đó nảy sinh từ việc trao đổi phonon, làmcho các electron dẫn trong chất siêu dẫn biểu hiện pha siêu lỏng tạo ra từ cặpelectron tương quan Ngoài ra còn tồn tại một lớp các vật chất, biết đến như là cácchất siêu dẫn khác thường, phô bày tính chất siêu dẫn nhưng tính chất vật lý tráingược lý thuyết của chất siêu dẫn đơn thuần Đặc biệt, có chất siêu dẫn nhiệt độcao có tính siêu dẫn tại nhiệt độ cao hơn lý thuyết thường biết (nhưng hiện vẫn thấphơn nhiều so với nhiệt độ trong phòng) Hiện nay chưa có lý thuyết hoàn chỉnh vềchất siêu dẫn nhiệt độ cao

Đối với kim loại nói chung, ở nhiệt độ rất cao thì điện dẫn xuất λ tỉ lệ với nhiệt độ

T Ở nhiệt độ thấp, λ tăng nhanh khi T giảm Nếu kim loại hoàn toàn tinh khiết, cóthể nói rằng về nguyên tắc khi T=0 thì λ tiến tới vô cực, nghĩa là điện trở kim loạidần tiến tới 0 Nếu kim loại có lẫn tạp chất thì ở nhiệt độ rất thấp (khoảng vài độ K)kim loại có điện trở dư không phụ thuộc nhiệt độ và tỉ lệ với nồng độ tạp chất Thực

tế không thể đạt tới nhiệt độ T=0 độ K và không thể có kim loại nguyên chất hoàntoàn, nên vật thể có điện trở bằng 0 chỉ là vật dẫn lý tưởng

Năm 1911, Heike Kamerlingh Onnes làm thí nghiệm với thủy ngân nhận thấyrằng sự phụ thuộc của điện trở thủy ngân vào nhiệt độ khác hẳn sự phụ thuộc đốivới kim loại khác Khi nhiệt độ thấp, điện trở thủy ngân không phụ thuộc vào nhiệt

độ nữa, chỉ phụ thuộc vào nồng độ tạp chất Nếu tiếp tục hạ nhiệt độ xuống tớiTc=4,1 độ K, điện trở đột ngột hạ xuống 0 một cách nhảy vọt Hiện tượng nói trêngọi là hiện tượng siêu dẫn, và Tc là nhiệt độ tới hạn

Đến tháng 1 năm 1986 tại Zurich, hai nhà khoa học Alex Muller và GeorgBednorz tình cờ phát hiện ra một chất gốm mà các yếu tố cấu thành là: Lantan,Đồng, Bari, Oxit kim loại Chất gốm này trở nên siêu dẫn ở nhiệt độ 35 độ K.

Một thời gian ngắn sau, các nhà khoa học Mỹ lại phát hiện ra những chất gốm tạothành chất siêu dẫn ở nhiệt độ tới 98 độ K

Ở Việt Nam, nghiên cứu về siêu dẫn cũng đã được các nhà khoa học của Trườngđại học Tổng hợp Hà Nội trước đây, nay là Đại học Quốc gia Hà Nội thực hiệntrong khoảng gần hai chục năm qua Các nhà khoa học Việt Nam làm lạnh bằngNitơ lỏng và đã tạo ra được một số vật liệu siêu dẫn thuộc loại rẻ tiền

Lịch sử phát triển của vật liệu siêu dẫn

Đối với kim loại nói chung, ở nhiệt độ rất cao thì điện dẫn xuất λ tỉ lệ với nhiệt độ

T Ở nhiệt độ thấp, λ tăng nhanh khi T giảm Nếu kim loại hoàn toàn tinh khiết, cóthể nói rằng về nguyên tắc khi T=0 thì λ tiến tới vô cực, nghĩa là điện trở kim loạidần tiến tới 0 Nếu kim loại có lẫn tạp chất thì ở nhiệt độ rất thấp (khoảng vài độ K)kim loại có điện trở dư không phụ thuộc nhiệt độ và tỉ lệ với nồng độ tạp chất Thực

tế không thể đạt tới nhiệt độ T=0 độ K và không thể có kim loại nguyên chất hoàntoàn, nên vật thể có điện trở bằng 0 chỉ là vật dẫn lý tưởng

Năm 1911, Heike Kamerlingh Onnes làm thí nghiệm với thủy ngân nhận thấyrằng sự phụ thuộc của điện trở thủy ngân vào nhiệt độ khác hẳn sự phụ thuộc đốivới kim loại khác

(Heike Kamerlingh Onnes) Khi nhiệt độ thấp, điện trở thủy ngân không phụ thuộc vào nhiệt độ nữa, chỉ phụthuộc vào nồng độ tạp chất Nếu tiếp tục hạ nhiệt độ xuống tới Tc=4,1 độ K, điệntrở đột ngột hạ xuống 0 một cách nhảy vọt Hiện tượng nói trên gọi là hiện tượngsiêu dẫn, và Tc là nhiệt độ tới hạn

Đến tháng 1 năm 1956 tại Zurich, hai nhà khoa học Alex Muller và GeorgBednorz tình cờ phát hiện ra một chất gốm mà các yếu tố cấu thành là: Lantan,Đồng, Bari, Oxit kim loại Chất gốm này trở nên siêu dẫn ở nhiệt độ 35 độ K

Một thời gian ngắn sau, các nhà khoa học Mỹ lại phát hiện ra những chất gốm tạothành chất siêu dẫn ở nhiệt độ tới 98 độ K Điều quan trọng là chúng làm lạnh bằngNitơ hoá lỏng Đó là một thứ rẻ tiền và dễ thao tác hơn so với Helium lỏng Người

ta gọi đó là những chất siêu dẫn mới Kết quả này kích thích các nhà khoa học đuanhau đi tìm chất gốm có đặc tính siêu dẫn ở nhiệt độ K ngày càng cao để mang lại

sự thuận tiện và đỡ tốn kém khi ứng dụng siêu dẫn vào đời sống…

Một nam châm được nâng trên mặt một vật liệu siêu dẫn nhúng trong nitơlỏng lạnh tới −200 °C, thể hiện hiệu ứng

Năm 1987, Hội Vật lý Mỹ (American Physical Society) mở Hội nghị khoa học tạiNew York với sự hiện diện của nhiều nhà vật lý nổi tiếng Hoa Kỳ và nhiều nướctrên thế giới Người ta trao đổi đến những nét mới của siêu dẫn mà một trong số đó

là hiện tượng những đĩa "gốm treo" lơ lửng trên các nam châm, người ta gọi đó

là "hiệu ứng Meissner"

Hiệu ứng Meissner hay hiệu ứng Meissner-Ochsenfeld là hiệu ứng từ thông hoàntoàn bị đẩy ra khỏi bên trong của vật siêu dẫn Hiện tượng này là hiện tượng hoànhảo Từ thông sinh ra bởi vật siêu dẫn bù trừ hoàn toàn từ thông ở môi trường ngoài

Do đó từ thông bên trong vật siêu dẫn bằng 0

Hiệu ứng này ngăn cản từ trường thâm nhập vào bề mặt chất siêu dẫn, vì thế, làmcho đĩa gốm tự nâng lên và lơ lửng trên các nam châm; nhưng nếu là một từ trườngmạnh thì vẫn có thế thắng được sức đẩy, khi đó nó phá huỷ đặc tính siêu dẫn của vậtliệu Như vậy, những chất gốm siêu dẫn tỏ ra dễ bị ảnh hưởng bởi từ trường mạnh

Đồng thời, nguyên lý Magnetic Levitation (maglev) cũng được đề cập đến, nguyên

lý này dựa vào từ trường do các tấm nam châm siêu dẫn sinh ra khi duy trì đượcnhiệt độ rất thấp Ở nhiệt độ ấy, mọi trở kháng không còn nam châm trở thành siêudẫn và tạo ra từ trường cực mạnh

Từ kết quả trên cùng với những nghiên cứu khác, người ta kết luận: Những chấtsiêu dẫn nhiệt độ thấp có thể tạo ra những từ trường rất mạnh và gọi chung đó là đặctính riêng thứ hai của siêu dẫn Mọi chất siêu dẫn đều làm ra từ trường; mặt khác,dòng điện chạy trong chất siêu dẫn lại không gặp phải một kháng trở nào, do đó từtrường siêu dẫn sản sinh ra rất mạnh Nhờ đó mà ngay nay, con người có thể tạo ra

từ trường nhân tạo mạnh gấp tới 200 ngàn lần so với từ trường của Trái đất

Cũng tại hội nghị khoa học này, các nhà khoa học còn thảo luận tới phát minh mới

về chất siêu lỏng (nó cũng hoạt động ở nhiệt độ rất thấp, tới giới hạn tối đa của độâm) và nó không có độ bám dính, nghĩa là không có ma sát, nếu tác động quay tròn,chúng sẽ không dừng lại Đây cũng được coi như dạng một chuyển động vĩnh cửutrong chất lỏng Từ những trình bầy trên, ta có thể định nghĩa: Chất siêu dẫn lànhững chất tồn tại ở nhiệt độ cực thấp, khi dòng điện chạy qua không có kháng trở

Cả hai thứ: siêu dẫn và siêu lỏng đều là những lĩnh vực hấp dẫn của vật lý đươngđại, từ đây, người ta nhanh chóng nhận ra tiềm năng to lớn của chúng Cũng phảinói thêm rằng, những năm về trước, người ta biết đến chất gốm siêu dẫn là một hỗnhợp cấu thành từ các kim loại, hợp kim, oxit kim loại như đồng (Cu), niobium(Nb) trong tương lai, chắc chắn còn tìm ra nhiều chất gốm siêu dẫn ưu việt khácnữa và nhiệt độ cấu thành lên nó ngày một cao

Ở Việt Nam, nghiên cứu về siêu dẫn cũng đã được các nhà khoa học của Trườngđại học Tổng hợp Hà Nội trước đây, nay là Đại học Quốc gia Hà Nội thực hiệntrong khoảng gần hai chục năm qua Các nhà khoa học Việt Nam làm lạnh bằngNitơ lỏng và đã tạo ra được một số vật liệu siêu dẫn thuộc loại rẻ tiền

2.

Tính chất của vật liệu siêu dẫn

2.1 Sơ lược vật liệu siêu dẫn

Năm 1911, lần đầu tiên các nhà khoa học đã phát hiện ra vật chất dẫn điện vớitính năng hoàn toàn không có điện trở, gọi đó là chất siêu dẫn

2.2.1 Đặc tính riêng thứ nhất của chất siêu dẫn

Thời sơ khai này, người ra mới biết một đặc tính của chất siêu dẫn, đó là: nếutuyển một dòng điện vào một mạch làm bằng chất liệu siêu dẫn thì dòng điện sẽchạy trong đó mãi mà không suy giảm, vì nó không gặp một trở kháng nào trênđường đi, nghĩa là năng lượng điện không bị tiêu hao trong quá trình chuyển tảiđiện từ nơi này sang nơi khác Đây được coi như một dạng chuyển động vĩnh cửutrong điện năng Đặc tính trên được gọi là đặc tính riêng thứ nhất của chất siêu dẫn Tính dẫn điện nghĩa là các điện tử tách ra khỏi nguyên tử của chúng và di chuyểntrong cấu trúc tinh thể chất dẫn điện (đồng, nhôm, sắt v.v ), khi điện tử va chạmphải nguyên tử trên đường đi trong chất dẫn điện thì sinh ra điện trở làm tổn thấtđiện năng Như vậy, nếu ứng dụng chất siêu dẫn vào chuyển tải điện năng từ nhàmáy điện đến người tiêu dùng, sẽ tiết kiệm được rất nhiều cho xã hội

Nhưng trở ngại là chất siêu dẫn chỉ xuất hiện khi ở nhiệt độ rất thấp, chỉ một vài

độ trên không độ tuyệt đối (0 độ K, tức âm 273 độ C); cụ thể, nhiệt độ mà người ta

đã ghi lại được ở chất siêu dẫn nêu trên là 23 độ K và phải dùng khí Helium hoálỏng để làm lạnh, đó là một chất phức tạp và đắt tiền, đòi hỏi phải tìm ra những chấtsiêu dẫn mới, thích hợp, khắc phục nhược điểm trên

Cho đến nay, nhiệt độ cao nhất có thể đạt được với một chất gốm siêu dẫn mới là

125 độ K Nhưng thực tế cho thấy, những chất gốm được tạo thành siêu dẫn ở nhiệt

độ độ cao hơn 100 độ K lại tỏ ra không được ổn định vì nó nhanh chóng mất đi tínhsiêu dẫn Đây là một trong những trở ngại lớn trên con đường chinh phục siêu dẫn

Sự phá huỷ đặc tính siêu dẫn khi ảnh hưởng bởi từ trường mạnh được giải thích nhưsau: Đó là do "vòng xoáy từ" (tức là những đường từ tính chuyển động bên trongchất liệu, như những xoáy nước đi trong dòng nước), những xoáy này di chuyển, tạo

ra những điện trường ngăn chặn dòng điện di chuyển tự do, vì thế sinh ra mất tínhsiêu dẫn của vật liệu

Ngoài những trở ngại như: chất siêu dẫn chỉ xuất hiện ở nhiệt độ thấp, và chất siêudẫn ở nhiệt độ cao hơn 100 độ K lại không ổn định; một trở ngại khác nữa đòi hỏiphải sớm vượt qua, đó là, chất siêu dẫn được làm nên dưới dạng một loại bột, có thểnén lại thành một chất rắn nhưng rất giòn Để dễ ứng dụng, ta cần biến nó dướidạng "một sợi dây", nhưng tính giòn làm cản trở cho ý đồ kỹ thuật này Tuy nhiên,

dựa vào công nghệ làm vi mạch, người ta bắt chước cách làm đó và tiến hành nhưsau: Phun chất bột này thành một lớp mỏng lên nền một chất liệu khác gọi là đế (tức

là rải những yếu tố cấu thành gốm lên cái đế) Nhờ đó có thể tạo ra thành "dạnggiây" và có thể uốn lượn đường dây theo ý muốn trên mặt phẳng Tuy nhiên, khôngđược bẻ cong vì dễ tạo ra sự đoản mạch

2.2.2 Đặc tính riêng thứ 2 của vật liệu siêu dẫn

Những chất siêu dẫn nhiệt độ thấp có thể tạo ra những từ trường rất mạnh và gọi

chung đó là đặc tính riêng thứ hai của siêu dẫn Mọi chất siêu dẫn đều làm ra từ

trường; mặt khác, dòng điện chạy trong chất siêu dẫn lại không gặp phải một kháng

trở nào, do đó từ trường siêu dẫn sản sinh ra rất mạnh

Từ đặc tính riêng thứ hai của siêu dẫn đã mở ra nhiều hướng ứng dụng và các nhàcông nghiệp tỏ ra hào hứng nhảy vào cuộc săn tìm công nghiệp mới từ siêu dẫn Họhướng vào một số lĩnh vực ứng dụng chính sau:

Dựa vào "nam châm siêu dẫn", người Nhật và người Đức thiết kế ra các đoàn tầuchạy trên đệm từ Người Nhật đã thử nghiệm với khoảng 3 - 4 công nghệ tàu chạytrên đệm từ khác nhau, lấy tên là Maglev dựa theo: thực hiện phép nâng điện - độnglực học bằng cách tạo ra 2 từ trường đối nhau giữa các nam châm siêu dẫn đặt trêncon tàu và những cuộn dây lắp trong đường ray hình chữ U bằng bê tông

(High Một con tàu của Nhật ứng dụng hệ thống Speed Surface transport)

Sau đây là một hình mẫu nhiều triển vọng nhất đã thử nghiệm đến lần thứ ba, cóthông số kỹ thuật: tầu chạy từ Tokyo đến Osaka cách nhau khoảng 500km, mục tiêuchở 100 khách chạy trong một giờ Người Nhật đã phải vừa sản xuất vừa thử

nghiệm trong 7 năm với kinh phí trên 3 tỷ USD Hệ thống trên đôi khi còn được gọi

là hệ thống "Vận tải trên bộ tốc độ cao" (High Speed Surface transport - HSST) Theo hướng công nghệ HSST này, người Đức chế tạo ra tàu "Transrapid" chạytrên đệm từ và cũng theo nguyên lý phát minh từ những năm 1960 theo công nghệhơi khác người Nhật đôi chút, đó là phương pháp nâng điện từ nhờ tác động củanhững thanh nam châm đặt trên tàu, với những nam châm vô kháng chạy bên dưới

và hai bên đường tầu hình chữ T Ước vận tốc đạt 450 km/giờ chạy trên đườngBerlin tới Hambourg, kinh phí khoảng 6 tỷ USD Ngoài ra, người Pháp cũng đã vàđang quan tâm đến vấn đề vận tải siêu tốc trên bộ bằng siêu dẫn

2.2.3 Đặc tính riêng thứ 3 của vật liệu siêu dẫn :

Đặc tính thứ ba của chất siêu dẫn là: Nếu hai chất siêu dẫn được đặt gần nhau(nhưng không chạm nhau) thì các điện tử có thể nhảy qua như thể hai chất dẫn điện

ấy tiếp xúc với nhau Chỗ mà dòng điện nhảy qua, người ta gọi là "khớp nốiJosephson" Nhưng dòng điện chạy qua khớp nối ấy rất nhậy cảm với những biếnđổi của điện trường và từ trường bên ngoài Điều này giúp cho các nhà khoa họcnẩy ra ý tưởng:

Có thể ứng dụng để sản sinh ra máy đo điện trường hết sức chính xác

Một ứng dụng quan trọng nữa từ đặc tính thứ ba này của chất siêu dẫn là có thểlàm ra "cái ngắt mạch điện từ" giống như một tranzito Cùng với đặc tính thứ nhất làdẫn điện mà không có thể làm ra được máy tính được nối với nhau bằng "giây siêudẫn",nhờ đó sẽ làm nên được "máy tính điện tử siêu tốc" thế hệ mới phục vụ chonghiên cứu không gian

Ngoài ra, có thể ứng dụng khớp nối Josephson để sản xuất ra thiết bị y tế nhằmnghiên cứu những điện trường sinh học cực nhỏ do hoạt động của não người sinh ra,giúp cho việc chẩn đoán bệnh về não Hoặc nhờ siêu nam châm, có thể chế tạo racác máy quét MRI dùng trong y học (quét ảnh bằng cách đo tiếng dội lại của âmthanh) để khám các mô trong cơ thể người

( Máy chụp MRI )

2.3 Các lý thuyết liên quan về siêu dẫn

2.3.1 Lý thuyết Ginzburg - Landau

Thuyết Landau-Ginburg dựa trên nền tảng là lý thuyết chuyển pha loại 2 củaLandau Từ xuất phát điểm để giải thích trạng thái siêu dẫn trật tự hơn trạng tháithường Landau đưa ra khái niệm tham số trật tự -là đại lượng vật lý có giá trị bằngkhông trong pha mất trật tự và khác không trong pha trật tự

2.3.2 Lý thuyết BCS

Năm 1957 John Bardeen và hai học trò trên đại học Leon Cooper, J RobertSchrieffer, đã được nhận giải thưởng Nobel cho lý thuyết BCS giải thích hiện tượngsiêu dẫn của họ Lý thuyết BCS, trong dạng đơn giản nhất của mình, hoàn toànngược lại với những quan điểm vật lý vĩ mô thô thiển trước đây cho rằng trạng tháisiêu dẫn nẩy sinh là do các điện tử tự do không tương tác với các nguyên tử trongmạng tinh thể của vật liệu Lý thuyết BCS nói rằng trái lại điện tử thực sự tương tácmột cách xây dựng với các nguyên tử trong mạng tinh thể của vật liệu

Lý thuyết BCS đưa ra một giả thuyết có tính chất chủ yếu ngay từ ban đầu:

Lực hấp dẫn tồn tại giữa các điện tử, trong siêu dẫn loại I đặc trưng: lực này làlực hấp dẫn Coulomb giữa các điện tử và mạng tinh thể Điện tử trong mạng sẽ sinh

ra sự tăng nhẹ điện tích dương xung quanh bản thân Sự tăng điện tích dương nàyđến lượt mình sẽ hút điện tử khác Hai điện tử này tạo thành đôi Cooper Nếu như

nhiệt năng trong mạng tinh thể nhỏ hơn năng lượng tương tác giữa hai điện tử này,thì hai điện tử vẫn cặp đôi với nhau.

Bởi thế luôn cần nhiệt độ thấp để dao động nhiệt của mạng đủ nhỏ để cho phéptạo nên đôi Cooper Trong vật liệu siêu dẫn chủ yếu những đôi Cooper này dẫn điệnchứ không phải các điện tử đơn

Bình thường khi các e- chuyển động va chạm với mạng tinh thể, tạo nên điện trởcủa chất dẫn điện Chất dẫn điện tốt khi sự va chạm của e- với mạng là tối thiểu.Nhưng các kim loại dẫn điện kém lại là các chất siêu dẫn tuyệt vời vì sự tương tácmạnh giữa mạng tinh thể và các điện tử Dưới TC các đôi Cooper ở trạng thái nănglượng thấp nhất -> chúng hoàn toàn không bị cản trở khi chuyển động -> điện trởbằng 0

3.

Nguyên lý vật liệu siêu dẫn

Siêu dẫn là hiệu ứng vật lý xảy ra đối với một số vật liệu ở nhiệt độ đủ thấp và từtrường đủ nhỏ, đặc trưng bởi điện trở bằng 0 dẫn đến sự suy giảm nội từ trường(hiệu ứng Meissner) Siêu dẫn là một hiện tượng lượng tử Trạng thái vật chất nàykhông nên nhầm với mô hình lý tưởng dẫn điện hoàn hảo trong vật lý cổ điển, ví dụ

từ thủy động lực học

Trong chất siêu dẫn thông thường, sự siêu dẫn được tạo ra bằng cách tạo một lựchút giữa một số electron truyền dẫn nào đó nảy sinh từ việc trao đổi phonon, làmcho các electron dẫn trong chất siêu dẫn biểu hiện pha siêu lỏng tạo ra từ cặpelectron tương quan Ngoài ra còn tồn tại một lớp các vật chất, biết đến như là cácchất siêu dẫn khác thường, phô bày tính chất siêu dẫn nhưng tính chất vật lý tráingược lý thuyết của chất siêu dẫn đơn thuần Đặc biệt, có chất siêu dẫn nhiệt độ cao

có tính siêu dẫn tại nhiệt độ cao hơn lý thuyết thường biết (nhưng hiện vẫn thấp hơnnhiều so với nhiệt độ trong phòng) Hiện nay chưa có lý thuyết hoàn chỉnh về chấtsiêu dẫn nhiệt độ cao

3.1 Sự khác biệt giữa vật siêu dẫn và vật dẫn điện hoàn hảo

Từ trường bên trong vật dẫn điện hoàn hảo và vật siêu dẫn dưới tác động của môitrường ngoài ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ thấp (nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ Curi) Từtrường bị đẩy ra khỏi vật siêu dẫn ở nhiệt độ thấp không phụ thuộc vào trạng thái

ban đầu của vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ phòng Trạng thái của vật siêu dẫn ở nhiệt

độ thấp là trạng thái không thuận nghịch

3.2 Phân loại các vật liệu siêu dẫn

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:

4.Ứng dụng vật liệu siêu dẫn

4.1 Truyền tải điện năng

Gần đây, công nghệ siêu dẫn này đã được ứng dụng cho tàu thủy, tuốc-bin gió và

xe hơi chạy bằng điện Nhưng thách thực lớn nhất trước mắt chính là làm sao ứngdụng nó vào hệ thống truyền dẫn điện năng, bởi nhu cầu về một hệ thống đường dâytruyền điện đường dài để đưa điện từ những nguồn năng lượng thay thế như sức gió

và năng lượng mặt trời đang ngày một bức thiết Chẳng hạn như tại Mỹ, khu vực tối

ưu nhất để thu sức gió là một dải kéo dài từ bắc Texas đến Dakotas, trong khi nănglượng mặt trời lại có thể được tận dụng tốt nhất tại Arizona và New Mexico, cònkhu vực tiêu thụ năng lượng điện nhiều nhất, tức là các khu đô thị, lại tập trung dọctheo các bờ biển hoặc quanh vùng Hồ Lớn Nếu sử dụng hệ thống dây điện thôngthường hiện nay thì một mặt gây mất mỹ quan và mặt khác quan trọng hơn là nógây thất thoát nhiều điện năng trên đường truyền tải (có thể tới 14% điện năng nếuđường cáp được làm bằng đồng) trong khi chi phí cho hệ thống này cũng không hềrẻ