Uploaded by ckrvtrs33

4.not

advertisement
Süperiletkenliğin Temel
Özellikleri
4.not
1
Süperiletkenliğin Temel Özellikleri
• Önceki derste sıfır direnç ve Meissner
süperiletkenliğin iki temel özelliğini tanıdık.
etkisi
gibi
2
https://en.wikipedia.org/wiki/Meissner_effect
London girme derinliği, λ
Manyetik alan tamamen dışlanmayıp London
girme derinliğine, λ, bağlı olarak bir miktar
malzeme içerisine sızar. London girme derinliği
yüzeydeki manyetik alan değerinin 1/e kadar
düştüğü (Ho/e) uzaklığa denir.
London girme derinliği metaller için yaklaşık
500 Å civarındadır. Bulk tipi bir malzeme için bu
değer çok küçük olduğundan bulk tipindeki bir
malzeme süperiletken durumda mükemmel
diyamanyetizma durumunu sergiler.
Meissner Etkisi (mükemmel diyamanyetizma )
(Meissner ve Ochsenfeld, 1933)
3
Uyum uzunluğu, ξ
Süperiletken durumdaki elektronların yoğunluğu bir anda sıfıra düşmez.
Uyum uzunluğu(ξ) mertebesinden sonra sıfıra düşer.
https://slideplayer.com/slide/10118345/
4
I.Tip süperiletkenler
I.Tip süperiletkenlerde manyetik alan-manyetizasyon ve sıcaklık manyetik alan eğrileri
I.Tip süperiletkenlerde sınır bölgesindeki uyum uzunluğu ve girme derinliği
5
(http://library.cu.edu.tr/tezler/8864.pdf)
II.Tip süperiletkenler
II.Tip süperiletkenlerde manyetik alan-manyetizasyon ve sıcaklık manyetik alan eğrileri
II.Tip süperiletkenlerde sınır bölgesindeki uyum uzunluğu ve girme derinliği
6
(http://library.cu.edu.tr/tezler/8864.pdf)
II.Tip süperiletkenler
II. Tip süperiletkenlerde manyetik alanın alt kritik alandan büyük üst kritik alandan küçük
olduğu durum, Hc1<H<Hc2, vorteks durumu, karışık durum ya da Shubnikov fazı denir.
Manyetik akı kuantumu
(a) II.Tip bir süperiletkendeki vorteks yapısı
(b) Her bir vorteksteki manyetik alanın geçtiği normal bölge
ve çevresindeki süper akımlar
7
(Ford ve Saunders, 2004)
Süperiletkenliğin Temel Teorisi
Bazı durumlarda fermiyonlar bozona
dönüşebilirken bozonlar asla fermiyonlara
dönüşmezler. Fermiyonlardan oluşan bir
sistemin bozonlara dönüşmesi durumunda
uyacakları istatistik de değişeceğinden
sistem yeni bir faza geçmektedir.
Süperiletkenlik durumu da tam da böyle
bir durumdur.
8
Süperiletkenliğin Temel Teorisi
Cooper çiftlerinin şematik gösterimi
(http://www.chm.bris.ac.uk)
İki elektronun arasında çekici bir
etkileşmenin olması için aralarındaki
Coulomb itme kuvvetini yenecek bir
aracının olması gerekir. İşte bu aracı
fononlardır. Bir elektron kristal içerisinde
hareket ederken örgü içerisindeki pozitif
iyonları kendini doğru çeker. Bu durumda
elektron etrafında pozitif yük yoğunluğu
meydana gelir. Örgüdeki bu kutuplanma
nedeniyle örgüde hareket eden ikinci bir
elektron da bu bölgeye çekilir. Bu
kutuplanmanın neden olduğu çekici
kuvvet, iki elektron arasındaki itici
Coulomb kuvvetinden büyükse Coulomb
etkisi perdelenerek iki elektron bir çift
oluşturur. Bu elektron çiftine Cooper çifti
denir.
9
Süperiletkenliğin Temel Teorisi
Bir metal içerisindeki tek elektronlar ve Cooper çiftleri
http://www.desy.de/~pschmues/Superconductivity.pdf
10
Süperiletkenliğin Temel Teorisi
Örtüşen Cooper çifti dalga fonksiyonları
(Mourachkine, 2004)
11
Süperiletkenliğin Temel Teorisi
Elektron-fonon
etkileşmesine
dayanan
süperiletkenliğin bu temel teorisi, 1957 yılında
J. Bardeen, L. N. Cooper ve J.R. Scrieffer
tarafından
“Microscopic
Theory
of
Superconductivity” isimli çalışmalarıyla bilim
dünyasına kazandırılmıştır. Bu teori, çalışmayı
yapan bilim insanlarının soyadlarının baş
harfleri alınarak “BCS” teorisi olarak
adlandırılmıştır.
12
Enerji Aralığı, Δ0
Cooper çiftlerinin oluşmasıyla sistemin enerjisi azalır ve
süperiletken duruma özgü enerji aralığı ortaya çıkar.
(a) Normal durumdaki durum yoğunluğu (b) Mutlak sıfırda süperiletkenlerdeki
durum yoğunluğu ve enerji aralığı (c) Süperiletken durumdaki sonlu bir sıcaklıktaki
durum yoğunluğu ve enerji aralığı
(Saxena, 2010)
13
Enerji Aralığı, Δ0
Burada, ωD Debye frekansı, normal metalin
Fermi seviyesindeki durum yoğunluğu ve Vʹ
ise elektron örgü etkileşim potansiyelidir.
BCS teorisi enerji aralığı ile kritik sıcaklık, Tc,
arasındaki ilişkiyi aşağıdaki denklem ile ifade
etmişlerdir.
14
BCS Teorisi
TcMα = sabit
Civada İzotop etkisi (Reynold,1950)
BCS teorisi, süperiletkenliğin oluşumunu örgü titreşimlerine
bağlamasıyla birlikte kritik sıcaklığa 30 K gibi bir teorik limit
getirmiştir. BCS teorisinin deneyle mükemmel şekilde uyumluluğu
herkesce kabul edilmesine sebep olmuş ve çok uzun yıllar
süperiletkenlik düşük sıcaklıklarda ortaya çıkan bir olgu olarak
kabul edilmiştir.
15
Matthias Kuralları
•
•
•
•
•
Geçiş metalleri basit metallerden daha iyidir.
Yüksek simetri iyidir. (Kübik simetri en iyisi)
Oksijenden uzak durun
Manyetizmadan uzak durun
Yalıtkan fazlardan uzak durun
K Conder 2016 Supercond. Sci. Technol. 29 080502
16
Kaynaklar
•
•
•
•
•
•
•
Ford, P.J., Saunders, G.A., 2004. The Rise of Superconductivity. CRC Press, Boca Raton,
London, New York, Washington DC, 227s.
Meissner, W., Ochsenfeld, R., 1933. Ein neuer Effekt bei eintritt der Supraleitfähigkeit.
NaturwIsschaften, 21, 787-788.
Mourachkine, A., 2004. Room-Temperature Superconductivity, First Edition, Cambridge
International Science Publishing, Cambridge, UK, 310s.
Omar, M. A., 1993. Elementary Solid State Physics, Revised Printing, Addison-Wesley
Publishing Company, 669s.
Onnes, H. K., 1911. The superconductivity of Mercury. Leiden Comm., 120b, 122b, 124c.
Reynolds, C.A., Serin, B., Wright, W.H., Nesbitt, L.B.,1950. Superconductivity of Isotopes of
Mercury. Phys. Rev., 78, 487.
Saxena, A. K., 2010. High-Temperature Superconductors, First Edition, Springer-Verlag Berlin
Heidelberg, 218s.
17
Download