Спецкурсы
Введение в физику сверхпроводников
Лектор
Зоя Александровна Казей
Профессор, д.ф.-м.н.
Аннотация
Подготовка специалистов в области физики твердого тела предполагает их знакомство с новыми открытиями и направлениями в физике конденсированного состояния, такими как явление высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП). В курсе даются основы физики сверхпроводимости классических и высокотемпературных сверхпроводников. В курсе вводятся основные понятия сверхпроводимости и обсуждаются термодинамика, электродинамика, уравнения Лондонов для сверхпроводников. Особое внимание уделяется поведению различных типов сверхпроводников в магнитном поле: проникновение магнитного поля в образец, смешанное и вихревое состояние, пиннинг, критическое состояние, гистерезисные петли намагничивания (модель Бина). Рассматриваются наиболее известные и исследованные группы высоких температурных сверхпроводников. Компьютерные задачи наглядно демонстрируют общие вопросы, рассматриваемые на лекциях.
Программа курса
- Термодинамика сверхпроводящего перехода. Эффект Мейсснера и обратимость сверхпроводящего перехода. Кривая намагничивания и смешанное состояние сверхпроводников I рода. Электродинамика сверхпроводников и уравнения Лондонов, лондоновская глубина проникновения.
- Длина когерентности, Поверхностная энергия, сверхпроводники I и II рода. Проникновение магнитного поля в сверхпроводник конечных размеров, критическое поле сверхпроводников малых размеров.
- Проникновение магнитного поля в сверхпроводники II рода, первое и второе критические поля и смешанное состояние, кривая намагничивания сверхпроводника II рода при различных значениях параметра Гинзбурга — Ландау. Плотность свободной энергии, уравнения Гинзбурга Ландау, градиентная инвариантность.
- Жесткие сверхпроводники II рода, пиннинг в сверхпроводниках II рода, критическое состояние жестких сверхпроводников. Проникновение магнитного поля в жесткий сверхпроводник, модель Бина. Кривая намагничивания жесткого сверхпроводника II рода, критический ток. Аналитическое решение для случая бесконечной пластинки и Jc = const.
- Слабая сверхпроводимость. Стационарный и нестационарный эффекты Джозефсона. Резистивные характеристики джозефсоновских переходов. Макроскопическое квантовое туннелирование. Сверхпроводящие квантовые интерферометры (сквиды).
- Микроскопическая теория сверхпроводимости. Изотопический эффект. Электрон-фононное взаимодействие. Основное состояние сверхпроводника. Спектр элементарных возбуждений сверхпроводника и энергетическая щель. Туннельные эффекты в сверхпроводниках. Связь микротеории с теорией Гинзбурга — Ландау.
- Высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП). Особенности кристаллической структуры, химический состав, дефектность по кислороду, фазовые (х — Т) диаграммы. Критические параметры: критическая температура Тc, первое и второе критические поля Нc1, Нc2, глубина проникновения, длина когерентности.
Литература
Основная
- Э. Линтон. Сверхпроводимость. М.: «Мир». 1971.
- П. де Жен. «Сверхпроводимость металлов и сплавов. М.: «Мир». 1968.
- М. Тинкхам. «Введение в сверхпроводимость». М.: «Атомиздат». 1980.
- Дж. Уильямс. «Сверхпроводимость и ее применение в технике». М.: «Мир». 1973.
Дополнительная
- Ю. А. Изюмов, Н. М. Плакида и др., Магнетизм в высокотемпературных сверхпроводящих соединениях // УФН 159, 620 (1989).
- Е. Г. Максимов, Проблема высокотемпературной сверхпроводимости. Современное состояние // УФН 170, 1033 (2000).
- J. Orenstein et al., Advances in the Physics of High-Temperature Superconductivity // Science 288, 468 (2000).
- Физические свойства высокотемпературных сверхпроводников: под ред. Д. М. Гинзберга. М.: «Мир». 1990.