超伝導物理学

転移温度

既知の超伝導体の大部分は、1 Kから10 Kの範囲の転移温度を持っています。化学元素のうち、タングステンは最低の転移温度0.015 K、ニオブは最高の9.2 Kです。転移温度は通常、磁性不純物の存在。たとえば、亜鉛中の数百万分の1のマンガンは、転移温度を大幅に低下させます。

比熱と熱伝導率

超伝導体の熱特性は、常温で同じ材料を同じ温度で比較することができます。（材料は、十分な大きさの磁場によって、低温で強制的に通常の状態にすることができます。）

少量の熱がシステムに投入されると、エネルギーの一部が格子振動を増加させるために使用され（通常の状態と超伝導状態のシステムで同じ量）、残りは増加するために使用されます伝導電子のエネルギー。電子の電子比熱（C _e）は、システムの温度上昇に対する電子が使用する熱のその部分の比率として定義されます。超伝導体の電子の比熱は、常温および超伝導状態の絶対温度（T）によって変化します（図1を参照）。超伝導状態の電子比熱（C _{esで示される}）は、十分に低い温度では通常の状態（C _{enで示される}）よりも小さいが、転移温度T _cに近づくと、C _esはC _enよりも大きくなります。古典的な超伝導体の場合、曲線は急激にC _enに低下し_ますが、高T _c超伝導体の場合、曲線はT _cの近くにカスプ形状を持っています。正確な測定により、転移温度よりかなり低い温度では、電子比熱の対数は温度に反比例することが示されています。この温度依存性は、統計力学の原理とともに、超伝導体の電子が利用できるエネルギーレベルの分布にギャップがあることを強く示唆しているため、以下の状態から各電子を励起するために最小エネルギーが必要です。ギャップより上の状態へのギャップ。高Tのいくつかの_Cの超伝導体は、温度に比例する特定の熱への追加の寄与を与えます。この動作は、低エネルギーにある電子状態があることを示しています。そのような状態の追加の証拠は、光学特性とトンネル測定から得られます。

試料の単位面積当たりの熱流が熱伝導率（K）と温度勾配との積に等しく、△T：J _Q = -K△T、常にその熱を示すマイナス記号のより冷たい領域に暖かいから流れ物質。

正常な状態での熱伝導率（K _nが）超電導状態（Kの熱伝導率に近づく_S転移温度（Tアプローチ温度（T）のような）_Cを、それらが純粋または不純であるかどうか、すべての材料のために）。これは、温度（T）が転移温度（T _c）に近づくにつれて、各電子のエネルギーギャップ（Δ）がゼロに近づくことを示唆しています。これは、超伝導状態の電子比熱（C _es）が転移温度付近の通常状態（C _en）よりも高いという事実も説明します。温度が転移温度（T _c）に向かって上昇すると、超伝導状態のエネルギーギャップが減少し、熱的に励起された電子の数が増加し、これには熱の吸収が必要です。