ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ
ПРИ КОМНАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ

Физика. Эксперименты в физике.

Оставьте комментарий

  Согласно классической теории сверхпроводящее состояние в металлах, сплавах и т.п. возникает благодаря образованию куперовских пар. Куперовские пары образуются в результате обмена электронов с противоположными спинами виртуальными фононами при температуре ниже или равной определенному значению, называемой критической температурой (ТК). Исходя из теории Бардина-Купера-Шриффера (БКШ), критическая температура приблизительно определяется по формуле:

где:

-дебаевская температура,

– постоянная, пропорциональная силе притяжения между электронами.

  Оценка максимальной критической температуры в "обычном" сверхпроводнике дает максимальное значение ТК = 50оК. Поэтом у в 60-е годы появились различные теоретические гипотезы, позволяющие поднять критическую температуру до комнатной (300 оК) и выше. Это гипотезы Литта, Гинзбурга–Киржница, Гейликмана.Автор данной работы занимался разработкой конструкции и технологии изготовления сэндвичей диэлектрик-металл-диэлектрик (Д-М-Д) для гипотезы Гинзбурга-Киржница. Согласно этой гипотезе [1] в тонких слоях металла, окруженных диэлектриком возможно образование куперовских пар через взаимодействие с экситонами, находящимися в диэлектрике. На рис. 1 приведен механизм образования куперовских пар. Оценка критической температуры для экситонного механизма дает значения для максимальной критической температуры порядка 300 оК.

Рис.1 Сэндвич диэлектрик-металл-диэлектрик

  Основные требования к структуре: металлическая пленка должна иметь толщину 10-30 Å, а диэлектрик должен прилегать без малейших зазоров.

  Исследуемые образцы представляли собой сложную слоисто-сетчатую структуру, состоящую из структур Д-М-Д и металл-диэлектрик-металл (М-Д-М) с различным сочетанием толщин металла и диэлектрика.

  Было изготовлено множество вариантов таких структур, но нижеприведенные результаты исследований наблюдались на шести образцах, изготовленных по определенной технологии и определенным сочетанием толщин металла и диэлектрика от 10 Å до 100 Å.

  Когда на образец подавалось переменное напряжение, то на экране осциллографа появлялся эллипс (рис. 2).Такая картина на экране осциллографа может наблюдаться, если структуры, к которым приложено переменное напряжение, будут излучать с той же частотой.

Рис.2. Фотография осциллограммы, когда к образцу приложено переменное напряжение.

  Аналогичным явлением обладают структуры сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (S–I-S), и этот эффект называется «нестационарный эффект Джезефсона для переменного напряжения».

  Когда к исследуемому образцу подключался источник постоянного напряжения без подачи смещения, то в цепи наблюдался электрический ток, причём его направление совпадало с полярностью источника питания. Аналогичным эффектом [2] обладают структуры, и он называется "стационарный эффект Джезефсона на постоянном токе".

  При снятии – A характеристик образцов на них наблюдается гистерезис. Согласно работе [3] аналогичным эффектом обладают структуры S–I–S, причём ширина гистерезиса уменьшается с ростом температуры, а при Тк гистерезис совсем исчезает.

  На рис. 3 показана зависимость ширины гистерезиса от температуры.

  Из фотографий осциллограмм видно, что ширина гистерезиса уменьшается с ростом температуры, и ориентировочно, при Т = 350-370 оС гистерезис исчезает.

  Образцы больше 300 оС не нагревались, поскольку в них начинались необратимые структурные изменения. На рис. 4а представлена осциллограмма - A характеристик образца неосвещенного подсветкой от микроскопа. На рис. 4б представлена осциллограмма того же образца, но освещенного подсветкой от микроскопа. Из осциллограмм видно сильную зависимость U характеристик от освещенности. Это подтверждает экситонный механизм сверхпроводимости, поскольку фотоны способствуют образованию экситонов в диэлектрике.

Рис.3. Температурная зависимость петли гистерезиса: а) Т = -196 оС; б)  Т = 20 оС; в) Т = 300 оС.

Рис.4. ВAХ образца: а) без подсветки; б) с подсветкой

  Согласно работе [2] на рис. 5 представлены типичные U-A характеристики образцов S–I–S. Если сравнить ВАХ рис. 4 и ВАХ на рис. 5, то можно утверждать, эти ВАХ принадлежат одному и тому же явлению – одночастотному туннелированию в структурах S–I–S.

Рис.5. ВАХ структур S-I-S.

  Исходя из проведённых исследований, согласно[3], можно сделать вывод, что наблюдаемые эффекты являются следствием того, что металл в образцах находятся в состоянии сверхпроводимости.

Литература

  • Гинзбург В. Л., Киржниц Д. А. Проблема высокотемпературной сверхпроводимости. – М.: Наука, 1977. – 400 с.

  • Солимар Л. Туннельный эффект в сверхпроводниках. – М.: Мир, 1974. – 428 с.

  • Буккель В. Сверхпроводимость.– М.: Мир, 1975. – 366 с.

Версия для печати
P.S. Материал защищён.
Дата публикации 25.01.2004гг


вверх