Сверхпроводники

Сверхпроводники́, материалы, обладающие свойством сверхпроводимости, т. е. полным отсутствием электрического сопротивления при температурах ниже критической температуры ${\displaystyle {\text{Т}}_{c}}$. Первым материалом, в котором наблюдалась сверхпроводимость, была ртуть с ${\displaystyle {\text{Т}}_{c}=4,2\;{\text{К}}}$ (Х. Камерлинг-Оннес, 1911). При ${\displaystyle {\text{Т}}<{\text{Т}}_{\text{c}}}$ сверхпроводники переходят в нормальное (несверхпроводящее) состояние при приложении магнитного поля, напряжённость которого превышает критическое значение ${\displaystyle {\text{Н}}_{c}}$, или при увеличении транспортного тока выше некоторого критического значения.

Сверхпроводниками являются многие металлы, большое число металлических сплавов и соединений, а также некоторые сильнолегированные полупроводники. Открыты органические сверхпроводники и сверхпроводящие полимеры.

По своему поведению в достаточно сильных магнитных полях сверхпроводники подразделяются на сверхпроводники 1-го и 2-го рода. В сверхпроводниках 1-го рода сверхпроводимость исчезает в поле ${\displaystyle {\text{Н=Н}}_{c}}$, когда поле скачком проникает в образец и он переходит в нормальное состояние во всём объёме. К таким сверхпроводникам относится ряд металлов, например, ${\displaystyle {\text{Pb}}}$ ${\displaystyle ({\text{Т}}_{c}=7,2\;{\text{К}}}$, ${\displaystyle {\text{Н}}_{c}=800}$ Э${\displaystyle )}$, ${\displaystyle {\text{Al}}}$ ${\displaystyle ({\text{Т}}_{c}=1,2\;{\text{К}}}$, ${\displaystyle {\text{Н}}_{c}=100}$ Э${\displaystyle )}$, ${\displaystyle {\text{Zn}}}$ ${\displaystyle ({\text{Т}}_{c}=0,88\;{\text{К}}}$, ${\displaystyle {\text{Н}}_{c}=53}$ Э${\displaystyle )}$. В сверхпроводниках 2-го рода существуют нижнее критическое поле ${\displaystyle {\text{Н}}_{c1}}$ (поле начинает проникать в толщу образца) и верхнее критическое поле ${\displaystyle {\text{Н}}_{c2}}$, при котором происходит полное разрушение сверхпроводящего состояния. Поле ${\displaystyle {\text{Н}}_{c2}}$ может достигать порядка 10⁵ –10⁶ Э. Примерами сверхпроводников 2-го рода являются ${\displaystyle {\text{Nb}}}$ ${\displaystyle ({\text{Т}}_{c}=9,2\;{\text{К}}}$, ${\displaystyle {\text{Н}}_{c2}=2\cdot 10^{3}}$ Э${\displaystyle )}$, ${\displaystyle {\text{V}}_{3}{\text{Ga}}}$ ${\displaystyle ({\text{Т}}_{\text{с}}=14\;{\text{К}}}$, ${\displaystyle {\text{Н}}_{c2}=2,1\cdot 10^{5}}$ Э${\displaystyle )}$, ${\displaystyle {\text{Nb}}_{3}{\text{Sn}}}$ ${\displaystyle ({\text{Т}}_{c}=18\;{\text{К}}}$, ${\displaystyle {\text{Н}}_{c2}=2,5\cdot 10^{5}}$ Э${\displaystyle )}$, ${\displaystyle {\text{YBa}}_{2}{\text{Cu}}_{3}{\text{O}}_{7}}$ ${\displaystyle ({\text{Т}}_{c}=93\;{\text{К}}}$, ${\displaystyle {\text{Н}}_{c2}=1,5\cdot 10^{6}}$ Э${\displaystyle )}$. Материалы с большими ${\displaystyle {\text{Н}}_{c2}}$ имеют широкое применение, например, их используют для изготовления обмоток сверхпроводящих магнитов.

Критические температуры ${\displaystyle {\text{Т}}_{c}}$ сверхпроводников могут находиться в интервале от нескольких милликельвин (например, для вольфрама ${\displaystyle {\text{Т}}_{c}\approx 10}$ мК) до температур, превышающих температуру кипения жидкого азота ${\displaystyle 77,4\;{\text{К}}}$ (например, ${\displaystyle {\text{Т}}_{c}>100\;{\text{К}}}$ для ряда купратных сверхпроводников). Большинство сверхпроводников имеют ${\displaystyle {\text{Т}}_{c}}$ ниже температуры кипения жидкого водорода ${\displaystyle (20,3\;{\text{К}})}$. Важную для технических применений группу образуют высокотемпературные сверхпроводники. В эту группу входят, например, ${\displaystyle {\text{MgB}}_{2}}$ ${\displaystyle ({\text{T}}_{c}\approx 40\;{\text{К}})}$, некоторые фуллериты [например, (${\displaystyle {\text{Rb}}}$, ${\displaystyle {\text{Tl}}}$)${\displaystyle {\text{C}}_{60}}$ с ${\displaystyle {\text{Т}}_{c}=43\;{\text{К}}}$], железосодержащие пниктиды и халькогениды (${\displaystyle {\text{Т}}_{c}}$ до ${\displaystyle 55\;{\text{К}}}$) и сложные купраты (например, ${\displaystyle {\text{YBa}}_{2}{\text{Cu}}_{3}{\text{O}}_{7-\delta }}$ с ${\displaystyle {\text{Т}}_{c}=91\;{\text{К}}}$). Для технических применений наиболее перспективны железосодержащие сверхпроводники, имеющие высокие значения ${\displaystyle {\text{Н}}_{c2}}$, и сложные купраты с ${\displaystyle {\text{Т}}_{c}{>}77,4\;{\text{К}}}$.