ВЫСОКОТЕМПЕРАТУ́РНЫЕ СВЕРХПРОВОДНИКИ́
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУ́РНЫЕ СВЕРХПРОВОДНИКИ́ (ВТСП), сверхпроводящие соединения, имеющие рекордно высокие критич. темп-ры $Т_с$ перехода в сверхпроводящее состояние. Высокотемпературная сверхпроводимость обнаружена в 1986 Й. Г. Беднорцем и К. А. Мюллером в металлооксидных керамиках на основе $Ba–La–Cu–O$ при темп-рах 30–35 К. Критич. темп-ры многих ВТСП оказались выше темп-ры сжижения азота (77 К). Так, в купратных соединениях, содержащих иттрий или висмут (напр., $YBa_2Cu_3O_{7–δ} $и $Bi_2Sr_2CaCu_2O_{8+δ}$ ), $T_с≈90$ К, а в ВТСП, содержащих ртуть, $T_с$ превышают 130 К. Возможность использования жидкого азота вместо жидкого гелия значительно удешевляет применение сверхпроводящих материалов в практич. целях.
Купратные сверхпроводники имеют довольно сложную слоистую кристаллич. структуру, в которой основную для сверхпроводимости роль играют кристаллографич. плоскости $CuO_2$. Волновая функция куперовской пары в ВТСП (см. Бардина – Купера – Шриффера модель) зависит от направления импульса составляющих пару электронов. При изменении направления импульса на 90° в плоскости $\ce CuO_2 $волновая функция куперовской пары изменяет знак. Это свойство напоминает поведение волновых функций электронов в $d$-оболочках атома. По аналогии высокотемпературную сверхпроводимость характеризуют как сверхпроводимость с $d$-спариванием.
Сверхпроводящее состояние возникает, напр., в соединениях $La_{2–x}Sr_xCuO_4$, которые образуются при добавлении стронция в антиферромагнитный диэлектрик $La_2CuO_4$. Замещение небольшой части лантана стронцием приводит к увеличению концентрации дырок в медно-оксидных слоях. В результате такого допирования антиферромагнитное состояние в $La_{2–x}Sr_xCuO_4$ разрушается при $х≈0,02$, а в интервале $х=0,05÷0,27$ это соединение становится сверхпроводником. Критич. темп-ра весьма чувствительна к величине $х$ и достигает макс. значения (ок. 34 К) при $ход≈0,15÷0,17$ (оптимальное допирование). При $x{<}x_{од}$ В. с. называют недодопированными, а при $x>x_{од}$ – передопированными. Аналогичное поведение показывают и др. ВТСП, хотя характерные значения $х$ и $T_с $ для них могут отличаться от приведённых выше. Исследования ВТСП (в широком смысле) включают изучение этих соединений во всём диапазоне $х$ и $Т$, в частности и в той области их значений, где сверхпроводимость отсутствует.
К нач. 21 в. ВТСП не нашли широкого применения, хотя они уже используются в СВЧ-технике (фильтры, мультиплексоры, линии задержки, резонаторы), в электротехнике и электроэнергетике (кабели для передачи электроэнергии, генераторы, трансформаторы), в микроэлектронике, вычислит. технике, телекоммуникационных технологиях и др. областях. Гл. задачей в плане применения ВТСП является дальнейшее повышение их критич. темп-ры – создание материалов, $Т_с$ которых лежала бы в области комнатных температур.