Мейснер әсері - Meissner effect

Мейснер эффектінің диаграммасы. Магнит өрісінің сызықтары, көрсеткілер түрінде, суперөткізгіштен оның критикалық температурасынан төмен болған кезде шығарылады.

The Мейснер әсері (немесе Мейснер - Охсенфельд әсері) а-ны шығару болып табылады магнит өрісі а асқын өткізгіш оны сыни температурадан төмен салқындатқан кезде, оны асқын өткізгіштік күйге ауыстыру кезінде. Неміс физиктері Walther Meissner және Роберт Охсенфельд[1] бұл құбылысты 1933 жылы магнит өрісінің асқын өткізгіш қалайы мен қорғасын сынамаларынан тыс таралуын өлшеу арқылы тапты.[2] Қолданылатын магнит өрісі болған кезде сынамалар олардан төмен салқындатылды асқын өткізгіштік температура Содан кейін сынамалар ішкі магнит өрістерінің барлығын жойды. Олар бұл әсерді жанама түрде ғана анықтады, өйткені магнит ағыны асқын өткізгішпен сақталады: ішкі өріс азайған кезде сыртқы өріс ұлғаяды. Эксперимент бірінші рет суперөткізгіштердің тек керемет өткізгіштерден артық емес екенін және суперөткізгіш күйдің ерекше анықтайтын қасиетін көрсетті. Айдау эффектісі қабілеті асқын өткізгіштің бірлік ұяшығының ішінде бейтараптандыру нәтижесінде пайда болатын тепе-теңдік сипатымен анықталады.

Ішінде магнит өрісі аз немесе мүлдем жоқ суперөткізгіш Мейснер күйінде деп айтады. Мейснер күйі қолданылатын магнит өрісі тым күшті болған кезде бұзылады. Осындай бұзылудың пайда болуына байланысты асқын өткізгіштерді екі классқа бөлуге болады.

Жылы I типті асқын өткізгіштер, қолданбалы өрістің беріктігі критикалық мәннен жоғары көтерілген кезде асқын өткізгіштік кенеттен бұзылады Hc. Үлгінің геометриясына байланысты аралық күй алуға болады[3] тұрады барокко үлгісі[4] магнит өрісі бар, қалыпты өрісі жоқ аса өткізгіш материалды аймақтармен араласқан қалыпты материалдардың аймақтары.

Жылы II типті асқын өткізгіштер, қолданбалы өрісті критикалық мәннен жоғарылату Hc1 ұлғаятын мөлшері аралас күйге әкеледі (құйынды күй деп те аталады) магнит ағыны материалға енеді, бірақ оған қарсылық қалмайды электр тоғы ток өте үлкен емес болғанша. Екінші өрістің кернеулігі кезінде Hc2, асқын өткізгіштік жойылады. Аралас жағдай электронды сұйықтықтағы құйындардан туындайды, кейде деп аталады флюсондар өйткені бұл құйындылар ағады квантталған. Ең таза қарапайым қоспағанда, асқын өткізгіштер ниобий және көміртекті нанотүтікшелер, І типке жатады, ал барлық таза және қосалқы өткізгіштер II типке жатады.

Түсіндіру

Мейснер эффектіне ағайындылар феноменологиялық түсінік берді Фриц және Хайнц Лондон, электромагниттік екенін кім көрсетті бос энергия асқын өткізгіште минимизацияланған

қайда H магнит өрісі, ал λ - болып табылады Лондон ену тереңдігі.

Деп аталатын бұл теңдеу Лондон теңдеуі, асқын өткізгіштегі магнит өрісі деп болжайды экспоненциалды түрде ыдырайды ол жер бетінде қандай құндылыққа ие болса. Магнит өрісінің бұл алынып тасталуы - көрінісі супердиамагнетизм өткізгіштен асқын өткізгішке фазалық ауысу кезінде пайда болды, мысалы, температураны критикалық температурадан төмендету арқылы.

Әлсіз қолданылатын өрісте (асқын өткізгіштік фазаны бұзатын критикалық өрістен аз) асқын өткізгіш барлық дерлік шығарады магнит ағыны магнит өрісі сияқты оның бетіне электр тоғын орнату арқылы H индукциялайды магниттеу М Лондоннан ену тереңдігі шегінде. Бұл беттік токтар қалқандар сыртқы қолданбалы өрістен асқын өткізгіштің ішкі бөлігі. Өрісті шығару немесе жою уақыт бойынша өзгермейтін болғандықтан, бұл эффектті тудыратын токтар (деп аталады) тұрақты ағымдар немесе скринингтік токтар) уақыт өте келе ыдырамайды.

Жер бетіне жақын, ішінде Лондон ену тереңдігі, магнит өрісі толығымен жойылмаған. Әрбір өткізгіш материалдың өзіне тән ену тереңдігі болады.

Кез-келген мінсіз өткізгіш кәдімгі болғандықтан магнит ағынының оның бетінен өтуінің өзгеруіне жол бермейді электромагниттік индукция нөлдік қарсылық кезінде. Алайда, Мейснер эффектісі бұдан өзгеше: қарапайым өткізгішті тұрақты қолданылған магнит өрісі болған кезде асқын өткізгіштік күйге ауысатын етіп салқындатқанда, магнит ағыны ауысу кезінде сыртқа шығарылады. Бұл эффектті шексіз өткізгіштікпен түсіндіруге болмайды, тек Лондон теңдеуімен. Магнитті қазірдің өзінде асқын өткізгіш материалдан жоғары орналастыру және одан кейін қозғау Мейснер эффектісін көрсетпейді, ал бастапқыда қозғалмайтын магнит кейіннен оны суперөткізгіштің әсерінен төмендетеді, өйткені ол критикалық температурадан төмен салқындатылған.

Магнит өрісін шығару үшін суперөткізгіште болатын тұрақты токтар, әдетте, Ленц заңы немесе Фарадей заңы нәтижесінде қате қабылданған. Мұндай жағдайдың болмауының себебі, ток күшін енгізу үшін ағынның өзгеруі болмады. Тағы бір түсініктеме: суперөткізгіш нөлдік қарсылыққа ие болғандықтан, асқын өткізгіште индукцияланған эмф болуы мүмкін емес. Сондықтан тұрақты ағым Фарадей заңының нәтижесі емес.

Керемет диамагнетизм

Мейснер күйіндегі асқын өткізгіштер керемет диамагнетизмді көрсетеді немесе супердиамагнетизм, бұл жалпы магнит өрісі олардың ішіндегі нөлге өте жақын екенін білдіреді (жер бетінен көптеген ену тереңдігі). Бұл дегеніміз, олардың магниттік сезімталдық, = −1. Диамагнетика қолданылатын өрістің бағытына тікелей қарсы тұратын материалды өздігінен магниттеу генерациясымен анықталады. Алайда асқын өткізгіштердегі және қалыпты материалдардағы диамагнетизмнің түбегейлі бастаулары өте әртүрлі. Қалыпты материалдарда диамагнетизм қолданбалы өрісті қолдану арқылы электромагниттік индукцияланған атомның ядролары туралы электрондардың орбиталық айналуының тікелей нәтижесінде пайда болады. Өте өткізгіштерде мінсіз диамагнетизм иллюзиясы қолданылатын өріске қарама-қарсы ағатын тұрақты скринингтік токтардан туындайды (Мейснер эффектісі); тек орбиталық спин емес.

Салдары

Мейснер эффектінің ашылуы әкелді феноменологиялық арқылы өткізгіштік теориясы Фриц және Хайнц Лондон 1935 ж. Бұл теория қарсылықсыз тасымалдауды және Мейснер эффектісін түсіндіріп, асқын өткізгіштікке алғашқы теориялық болжамдар жасауға мүмкіндік берді. Алайда бұл теория тек эксперименттік бақылауларды түсіндірді - бұл асқын өткізгіштік қасиеттердің микроскопиялық бастауларын анықтауға мүмкіндік бермеді. Мұны сәтті жүзеге асырды BCS теориясы 1957 жылы ену тереңдігі мен Мейснер эффектісі пайда болды.[5] Алайда кейбір физиктер BCS теориясы Мейснер эффектісін түсіндірмейді деп айтады.[6]

Хиггс механизмі үшін парадигма

Meissner асқын өткізгіштік эффектісі массаның генерация механизмі үшін маңызды парадигма ретінде қызмет етеді М (яғни өзара ауқымы, қайда сағ болып табылады Планк тұрақтысы және c болып табылады жарық жылдамдығы ) үшін өлшеуіш өрісі. Шын мәнінде, бұл ұқсастық an абель мысалы Хиггс механизмі,[7] массасын тудыратын электрлік әлсіздік
W±
және
З
өлшеуіш бөлшектері жоғары энергетикалық физика. Ұзындығы мен бірдей Лондон ену тереңдігі теориясында асқын өткізгіштік.[8][9]

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ «Мейснер эффектісі | физика». Britannica энциклопедиясы. Алынған 22 сәуір 2017.
  2. ^ Мейснер, В .; Охсенфельд, Р. (1933). «Ein neuer Effekt bei Eintritt der Supraleitfähigkeit». Naturwissenschaften. 21 (44): 787–788. Бибкод:1933NW ..... 21..787M. дои:10.1007 / BF01504252.
  3. ^ Ландау, Л.Д .; Lifschitz, E. M. (1984). Үздіксіз медианың электродинамикасы. Теориялық физика курсы. 8 (2-ші басылым). Баттеруорт-Хейнеманн. ISBN  0-7506-2634-8.
  4. ^ Callaway, D. J. E. (1990). «Өткізгішті аралық күйдің керемет құрылымы туралы». Ядролық физика B. 344 (3): 627–645. Бибкод:1990NuPhB.344..627C. дои:10.1016 / 0550-3213 (90) 90672-Z.
  5. ^ Бардин, Дж .; Купер, Л.Н .; Schrieffer, J. R. (1957). «Өткізгіштік теориясы». Физикалық шолу. 106 (1175): 162–164. Бибкод:1957PhRv..106..162B. дои:10.1103 / physrev.106.162.
  6. ^ Hirsch, J. E. (2012). «Жаңа және ескі асқын өткізгіштердегі Мейснер эффектінің пайда болуы». Physica Scripta. 85 (3): 035704. arXiv:1201.0139. Бибкод:2012PhyS ... 85c5704H. дои:10.1088/0031-8949/85/03/035704.
  7. ^ Хиггс, В.В. (1966). «Массансыз бозонсыз симметрияның өздігінен бұзылуы». Физикалық шолу. 145 (4): 1156. Бибкод:1966PhRv..145.1156H. дои:10.1103 / PhysRev.145.1156.
  8. ^ Wilczek, F. (2000). «Жоғары тығыздықтағы QCD-дегі соңғы толқу». Ядролық физика A. 663: 257–271. arXiv:hep-ph / 9908480. Бибкод:2000NuPhA.663..257W. дои:10.1016 / S0375-9474 (99) 00601-6.
  9. ^ Вайнберг, С. (1986). «Өте өткізгіштік немесе ерекше теоретиктер». Теориялық физика қосымшасы. 86: 43–53. Бибкод:1986PhPS..86 ... 43W. дои:10.1143 / PTPS.86.43.

Әрі қарай оқу

  • Эйнштейн, А. (1922). «Металдардың өткізгіштігі туралы теориялық ескерту». arXiv:физика / 0510251.
  • Лондон, Ф.В. (1960). «Өткізгіштіктің макроскопиялық теориясы». Сұйықтық. Заттар қатарының құрылымы. 1 (2-ші редакция. Қайта қаралды). Довер. ISBN  978-0-486-60044-4. Мейснер эффектін түсіндірген адаммен. 34-37 б. асқын өткізгіш сфера үшін Мейснер эффектісі туралы техникалық талқылауды ұсынады.
  • Саслоу, В.М. (2002). Электр, магнетизм және жарық. Академиялық. ISBN  978-0-12-619455-5. 486-489 беттерде өте өткізгіш жазықтықта жоғары көтерілген магнит жағдайында Мейснер эффектіне жауап беретін беттік токтар туралы қарапайым математикалық талқылау келтірілген.
  • Тинхам, М. (2004). Өткізгіштікке кіріспе. Dover Books on Physics (2-ші басылым). Довер. ISBN  978-0-486-43503-9. Жақсы техникалық анықтама.

Сыртқы сілтемелер