Магнитные свойства

Сверхпроводимость. Кривая намагничения сверхпроводников

         Рис. 34
Давно было установлено, что сопротивление металлов уменьшается с уменьшением температуры. Эта зависимость особенно простая при комнатных температурах, когда изменение сопротивления прямо пропорционально изменению температуры. Значительный интерес представляет исследование температурной зависимости в более широком интервале температур. Такая возможность реально возникла в начале нашего века, когда были созданы установки для получения очень низких температур с помощью жидких азота, водорода и гелия (температура кипения соответственно: -196 °С, или 77К, – 253,6 °С, или 20К, -269 °С, или 4,0К).

Серия экспериментов по изучению температурной зависимости электросопротивления металлов была задумана Г. Камерлинг-Оннесом, получившим в 1908 г. жидкий гелий, а с ним и возможность работать в области низких температур, вплоть до нескольких градусов Кельвина. Согласно существовавшим в то время представлениям, он ожидал получить одну из трех кривых. Кривая соответствует тому случаю, когда с понижением температуры монотонно уменьшается интенсивность процессов рассеяния электронов проводимости. Сейчас установлено, что именно так должны вести себя процессы рассеяния электронов на любых коллективных колебаниях атомов металла. Кривая 2 описывает наличие примесей в металле, число которых не изменяется с температурой и интенсивность рассеяния электронов на них по этой причине не зависит от температуры. Начиная с некоторой температуры Т0(с), зависящей от концентрации примесей о, этот механизм рассеяния станет главным и поэтому при Т<.Т0(с) сопротивление уже не зависит от
температуры. Наконец кривая 3 может возникнуть в том случае, когда электроны проводимые хотя и слабо, но все же связаны со своими ионами конечной энергией Д0, Тогда при температурах кТ<Д0 электроны начну; "вымерзать", т. е. связываться со своими ионами, и концентрация свободных электронов будет резко уменьшаться. Умень шение числа носителей приведет к увеличению сопротивления, так что при Т>0 p>∞.

Как мы сейчас понимаем, кривая 2 описывает поведение сопротивления нормального металла в реальной ситуации, т. е. при наличии примесей. Постоянная часть кривой 2 получила название «остаточного сопротивле ния» и вошла в лабораторную практику как метод определения чистоты металла (чем больше отношение (p300/р4,2), тем чище металл). Кривая 1 описывает по ведение сопротивления нормального металла в идеализированном случае «абсолютно чистого металла». Наконец, кривая 3 описывает сопротивление полупроводников.