Высокотемпературные сверхпроводники

Сверхпроводники I рода

Для сверхпроводников I рода характерны скачкообразный переход в сверхпроводящее состояние и наличие одной критической напряженности магнитного поля, при которой наблюдается этот переход. Значения критической температуры Т_к и критической напряженности магнитного поля Н_к у них малы (максимальное значение Т_к и Н_к в этой группе материалов имеет свинец: Т_к=7,2 К, Н_к=65кА/м, а минимальное — вольфрам, у которого величина Т_к = 0,01 К, а Н_к=0,1 кА/м), что затрудняет их практическое применение. Для сверхпроводников I рода характерным является проявление эффекта Мейснера. Сверхпроводникам I рода являются все чистые металлы, кроме переходных.

Сверхпроводники II рода

Сверхпроводники II рода переходят в сверхпроводящее состояние не скачкообразно, как сверхпроводники I рода, а в некотором интервале температур. Значения Т_к и Н_к у них больше, чем у сверхпроводников I рода. Соответственно для сверхпроводников II рода различают нижнее критическое поле Н_к1, верхнее критическое значение поля Н_к2.

При достижении магнитным полем величины Н_к1начинается проникновение магнитного поля в сверхпроводник, и электроны, скорость которых перпендикулярна Н, под влиянием силы Лоренца начинают двигаться по окружности. Возникают вихревые нити. Ствол нити остается нормальным, несверхпроводящим металлом, вокруг которого движутся электроны, обеспечивая сверхпроводимость. В результате материал обладает как сверхпроводящей составляющей, так и нормальной проводимостью. Т. е. в таких сверхпроводниках токи не вытесняются на поверхность образца, а образуют цилиндрические каналы, пронизывающие весь объем. В центре канала куперовских пар нет, и сверхпроводимость отсутствует. Значения Н_к2 для таких сверхпроводников, как Nb₃Sn и PbMo₆S составляют величину порядка10⁵Э

Жесткие сверхпроводники

Сверхпроводники II рода, имеющие структурные неоднородности (дефекты решетки, примеси), называют «жесткими» сверхпроводниками. Часто «жесткие» сверхпроводники II рода выделяют в самостоятельный класс — сверхпроводники III рода. Для этих материалов характерно большое количество дефектов структуры (неоднородности состава, вакансии, дислокации и др.). К «жестким» сверхпроводникам относится большая группа сплавов на основе ниобия и ванадия. Например, такие сплавы, как Nb-Ti, V-Ga, Nb-Ge.Тонкие пленки из сверхпроводниковых металлов Al, Bi, Nb также являются «жесткими» сверхпроводниками. В жестких сверхпроводниках движение магнитного потока сильно затруднено дефектами и кривые намагничивания обнаруживают сильный гистерезис. По тем же причинам в этих материалах сильные постоянные электрические токи могут протекать без потерь, т. е. без сопротивления, вплоть до близких к Н_к2 полей при любой ориентации тока и магнитного поля.

Высокотемпературные сверхпроводники

В настоящее время все вещества, переходящие в сверхпроводящее состояние условно разделяют на две большие группы: низкотемпературные и высокотемпературные сверхпроводники. К низкотемпературным сверхпроводникам относят сверхпроводники, у которых Т_к 25 К. К таким сверхпроводникам относятся некоторые металлы и сплавы, ряд полупроводников и интерметаллических соединений типа NbN, TaC. В 1986 были открыты высокотемпературные сверхпроводники, у которых Т_к выше температуры жидкого азота, равной 77 К. К ним относятся сложные соединения — керамика на основе оксида меди (например, Tl₂Ca₂Ba₂Cu₃O₁₀ с Т_к=127 К) и другие оксидные сверхпроводники.

допированного фтором оксиарсенида LaO1−xFxFeAs 26К

Bi2Sr2Ca2Cu3Ox 115К

HgBa2Ca2Cu3O8+δ 135К которая под давлением 350 тыс. атм. возрастает до 164 К.

YBa2Cu3O7-x (знаменитый 1:2:3 YBCO, изучению свойств которого посвящено более 20 тысяч научных статей)

Bi2Sr2Ca2Cu3O10 (Bi-2223), Tl2Ba2Ca2Cu3O10 (Tl-2223), у которых критическая температуры превышает температуру кипения жидкого азота, т. е. они становятся сверхпроводниками при погружении в жидкий азот.

Ученые поместили кристаллы толщиной 100 микрометров и диаметром 50 микрометров между алмазными наковальнями и начали сжимать. Как и ожидалось, по мере увеличения давления материалы теряли свои сверхпроводящие свойства (на отметке 10 гигапаскалей). Однако уже при 11,5 ГПа сверхпроводимость селенидов железа восстанавливалась. Более того, дальнейшее повышение давления до 12,5 ГПа привело к появлению высокотемпературной сверхпроводимости, она сохранялась до Т = 48 К (-225 °C). Для селенидов железа – это рекорд. Tl_0,6Rb_0,4Fe_1,67Se₂, K_0,8Fe_1,7Se₂, K_0,8Fe_1,78Se₂

La0,89Sr0,11CuO4 (Tc = 40 К) и YBa2Cu3O7 (Tc = 92 К)