WikiSort.ru - Не сортированное

ПОИСК ПО САЙТУ | о проекте

Эффект Литтла — Паркса был обнаружен в 1962 году Уильямом А. Литтлом и Роландом Д. Парком в экспериментах с тонкостенными сверхпроводящими цилиндрами помещёнными в параллельное магнитное поле.[1] Это одно из первых указаний на важность куперовского спаривания.

Суть эффекта заключается в незначительном подавлении сверхпроводимости незатухающим током.

Результаты схематически показаны на рис. где наблюдаются периодические осцилляции критической температуры (Тс) на параболическом фоне.

Объяснение

Электрическое сопротивление таких цилиндров демонстрирует периодические колебания в зависимости от магнитного потока, пронизывающего этот цилиндр, с периодом

h/2e2,07⋅10-15 T⋅m2

где h — это постоянная Планка, а e — это абсолютный заряд электрона. Объяснение Литтла и Паркса состоит в том, что осцилляции сопротивления отражают более фундаментальное явление, то есть периодические колебания температуры перехода в сверхпроводящее состояние Tc.

Схематическое изображение эксперимента Литтла — Паркса

Эффект Литтла — Паркса состоит в периодическом изменении Tc с магнитным потоком, который равен произведению магнитного поля (коаксиального) и площади поперечного сечения цилиндра. Тс зависит от кинетической энергии (КЭ) сверхпроводящих электронов. Точнее, Tc — это такая температура, при которой свободные энергии нормальных и сверхпроводящих электронов равны, для данного магнитного поля. Чтобы понять периодические колебания Tc, необходимо разобраться в периодическом изменении кинетической энергии. КЭ осциллирует, поскольку приложенный магнитный поток увеличивает КЭ в то время как сверхпроводящие вихри, периодически пронизывающие цилиндр, компенсируют действие магнитного потока и снижают КЭ.[1] Таким образом, периодические колебания кинетической энергии и соответствующие периодические осцилляции критической температуры происходят вместе.

Эффект Литтла — Паркса результат коллективного квантового поведения сверхпроводящих электронов. [2]

Эффект Литтла — Паркса можно рассматривать как результат требования, что квантовая физика должна быть инвариантна относительно выбора калибровки для электромагнитного потенциала, часть которого составляет магнитный векторный потенциал A.

Электромагнитная теория предполагает, что частицы с электрическим зарядом Q двигающаяся по некоторому пути P в области с нулевым магнитным полем B, но не нулевым, A (потому что ), приобретает фазовый сдвиг , заданный в единицах Си как

В сверхпроводнике электроны образуют квантовый сверхпроводящий конденсат, называемый конденсатом Бардина — Купера — Шриффера (БКШ). В конденсате БКШ все электроны ведут себя когерентно, то есть как одна частица. Таким образом, фаза коллективной волновой функции ведёт себя под воздействием векторного потенциала A так же, как фаза одного электрона. Поэтому конденсат БКШ текущий по замкнутому контуру в многосвязных сверхпроводящих образцах приобретает разность фаз Δφ определяемую магнитным потоком ΦB через площадь, ограниченную контуром (по теореме Стокса и ), по формуле:

Эта фаза отвечает за квантование магнитного потока и эффект Литтла — Паркса в сверхпроводящих кольцах и пустых цилиндрах. Квантование возникает из однозначности сверхпроводящей волновой функции в кольце или пустотелом сверхпроводящем цилиндре: её разность фаз Δφ вокруг замкнутого контура должна быть кратной 2π, с зарядом q = 2e для куперовских пар.

Если период осцилляций Литтла — Паркса 2π по отношению к сверхпроводящей фазе, то из формулы выше следует, что период относительно магнитного потока равен кванту магнитного потока, а именно

Приложения

Эффект Литтла — Паркса широко используется для доказательства механизма куперовского спаривания. Одним из хороших примеров является изучение перехода сверхпроводник — диэлектрик.[3][4][5]

СЭМ изображение малого кольца (диаметром ~200 нм).
Типичный осцилляции Литтла — Паркса для разных температур

Трудность заключается в том, чтобы отделить осцилляции Литтла — Паркса от слабой (анти-)локализации (Альтшулер и соавт., где авторы наблюдали осцилляции Ааронова — Бома в грязных металлических пленках).

История

Фриц Лондон предсказал, что магнитный поток квантуется в многосвязных сверхпроводниках. Экспериментально было показано,[6] , что захваченный магнитный поток существовал только для дискретных квантовых значений h/2e. Дивер и Файрбэнк измерили квантование с точностью 20-30 % определяемую толщиной стенок цилиндра.

Литтл и Паркс рассмотрели тонкостенные (материалы: Al, In, Pb, Sn и Sn-In-сплавы) цилиндры (диаметр около 1 микрона) при Т вблизи температуры перехода в коаксиальном магнитном поле. Они наблюдали осцилляции магнитосопротивления

с периодом в согласии с h/2e.

Они на самом деле измеряли малые изменения сопротивления в зависимости от температуры для различных постоянных магнитных полей, как это показано на рис.

References

  1. 1 2 W. A. Little and R. D. Parks, «Observation of Quantum Periodicity in the Transition Temperature of a Superconducting Cylinder», Physical Review Letters 9, 9 (1962), doi:10.1103/PhysRevLett.9.9
  2. Tinkham, M. Introduction to Superconductivity, Second Edition. — New York, NY : McGraw-Hill, 1996. ISBN 0486435032.
  3. G. Kopnov et al., «Little-Parks Oscillations in an Insulator», Physical Review Letters 109, 167002 (2012), doi:
  4. I. Sochnikov et al., «Large oscillations of the magnetoresistance in nanopatterned high-temperature superconducting films», Nature Nanotechnology 5, 516—519 (2010), doi:
  5. D. Gurovich et al., «Little-Parks oscillations in a single ring in the vicinity of the superconductor-insulator transition», PHYSICAL REVIEW B 91, 174505 (2015), doi:
  6. Bascom S. Deaver, Jr. and William M. Fairbank, «Experimental Evidence for Quantized Flux in Superconducting Cylinders», Physical Review Letters 7, 43 (1961), doi:

Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".

Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.

Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .




Текст в блоке "Читать" взят с сайта "Википедия" и доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия.

Другой контент может иметь иную лицензию. Перед использованием материалов сайта WikiSort.ru внимательно изучите правила лицензирования конкретных элементов наполнения сайта.

2019-2025
WikiSort.ru - проект по пересортировке и дополнению контента Википедии