Monday, September 1, 2014

cooper01 原子代替了電子形成庫柏對(Cooper pair),而它們的吸引作用力調控機制由自旋波動 (Spin fluctuation) 代替了聲子, modulating electron flow

the new quantum physics , p241
效应:超导体场效应





描述

在超导体上通过电流,如果电流不是非常强,超导体仍然处于超导态,保持零电阻。增加电流值直至临界温度,使得超导体转到正常状态。这个值称为临界电流。当一个磁场被施加到超导体上市,临界电流降低。
将金属冷却转换成超导状态的临界温度以下,使载流电子组成库柏对。库柏对占据超导体的费米能级。超导体中能带隙将成对电子从在费米能级以上或者以下的未占据能级中分离出来。能带隙相当于拆开库柏对所需的能量。
当有电流通过超导体,成对电子执行平移然后获得一些动能。当通过超导体的电流值到达临界值时,这些能量超过了库柏对结合的能量,电子对分开,电阻不为零,超导体转为正常状态。
当有一个磁场施加到超导体时,场的强度从零增大到某一时间的最大值。不断变化的磁场引发超导体涡电场,使电子对旋转。电子对除了获得平动能之外,还有一些额外的转动能。旋转对可疑以一个较小值打破成对电子的平动能,因此可以获得一个较小的临界电流值。
 因此,施加电场在超导体上可以减小通过超导体的临界电流值。


应用条件

在宏观方面,电场中的电子旋转形成宏观电流变得明显。与楞次定律一直,这个电流产生了一个与外部磁场相反的内部磁场。在超导体内,外部磁场和内部磁场相互抵消。因此,在超导体内部,磁通量强度通常抵消为零。


优点

这个在超导体临界电流上的磁场效应可以被用来控制超导带材的一致性。


公式


Ic-通过超导体的临界电流,A
π - pi = 3.14
r-超导体的半径,m
Hc-零度时临界磁场强度,A/m
Tc-转变温度,K
T-超导体的温度,K


备注

1.转变温度是超导体转变成超导态的温度。 2.公式假定如下:
A)超导体的温度不低于转变温度的四分之三
B)超导体应该是圆柱形的形状,它的直径应该远小于长度。


限制条件

0 < Ic < 0.2 A


数据

一些超导体在零度时的临界磁场强度Hc和转变温度Tc



原理[编辑]

当量子液體温度低於某臨界轉變溫度會变为超流体。比如氦最豐富的同位素,氦-4,在低於 2.17 K (−270.98°C) 時便會變成超流體。氦-4形成超流態的相變稱為Lambda相變 (Lambda transition),因它的比熱容對溫度曲線形狀如同希臘字母「λ」一樣。凝聚体物理學中一些相近的相變亦因而叫作Lambda相變。氦較貧乏的另一種同位素,氦-3,在更低的 2.6 mK 成為超流體。這個溫度只是比絕對零度高幾個毫開爾文。
雖然這兩個系統的超流體表徵很相似,但其本質卻相差甚远。氦-4是玻色子,其超流性質可以用玻色-愛因斯坦統計解釋。可是,氦-3是費米子,其超流性必須用到描述超導體BCS理論之推廣才可了解。其中,原子代替了電子形成庫柏對(Cooper pair),而它們的吸引作用力調控機制由自旋波動 (Spin fluctuation) 代替了聲子。詳情請參看費米凝聚。超流體和超導體的統一理論可以以規範對稱破缺 (Gauge symmetry breaking) 表達。
超流體,如超冷凍的氦-4,有很多稀奇的性質。它就像一般液體加上超流體的特有的性質,如全無粘性、零度,和無限大的熱傳導率。(故此在超流體中出現溫差是不可能的,就如超導體內沒有電勢差一樣。)其中最令人嘆為觀止的是「熱機效應」(Thermomechanical effect),或稱「噴泉效應」(Fountain effect)。如一纖細管放在一池超流氦之中,而纖細管被加熱 (如對它照光),氦便會爬上管頂。 這是克劳修斯-克拉佩龙方程的結果。另一樣奇特現象是超流氦可以在任何被它放置的容器表面上形成一层單原子厚度的液体薄膜。
一個比零粘性更為基本的性質是超流體在旋轉的容器中會有量子化的渦度[1],而不會隨容器均勻轉動。

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