Hiện tượng siêu dẫn và những ứng dụng trong khoa học đời sống

Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Văn Hoàng
Nhóm thực hiện: Vũ Trúc Thanh Hoài
Huỳnh Thị Hương
Nguyễn Thị Ngọc Lan (26 – 06)
Nguyễn Thị Mỹ Linh

Bạn có bị
ấn tượng
với hình
ảnh bên?

Nội dung

Lịch sử siêu dẫn

Hiện tượng siêu dẫn

Tính chất từ

Các lý thuyết liên quan

Chất siêu dẫn nhiệt độ cao

Ứng dụng

Lịch sử siêu dẫn
Năm 1908 Kamerlingh Onnes đã đặt
bước tiến đầu tiên trong việc ra siêu dẫn khi
ông hóa lỏng được khí trơ cuối cùng là Heli
tại trường đại học tổng hợp quốc gia Leiden,

Hà Lan.

Kamerlingh Onnes


Siêu dẫn nhiệt độ thấp năm 1911 cũng chính
Kamerligh đã phát hiện ra tính chất siêu dẫn
của thủy ngân khi nghiên cứu sự thay đổi
điện trở một cách đột ngột của mẫu kim loại
này ở 4.2 K. Ba năm sau chính ông là người
đầu tiên chế tạo được nam châm siêu dẫn.

Năm 1914 phát hiện ra hiện tượng dòng điện
phá vỡ tính chất siêu dẫn.
Lịch sử siêu dẫn

Đường cong siêu dẫn theo
nhiệt độ của thủy ngân

Năm 1930 hợp kim siêu dẫn đầu tiên
được tìm ra.
Năm 1933 Meissner và Ochsenfeld tìm ra
hiện tượng các đường sức từ bị đẩy ra khỏi
chất siêu dẫn khi làm lạnh chất siêu dẫn
trong từ trường. Hiệu ứng này được đặt tên
là hiệu ứng Meissner.
Lịch sử siêu dẫn

Walter Meissner & Robert Ochsenfeld

Năm 1957 lý thuyết BCS ra đời bởi
Bardeen, Cooper, và Schriffer.
Năm 1986, J.G. Bednorz và K.A Muller
(Thụy Sỹ) đã tìm ra hiện tượng siêu dẫn có
trong hợp chất gốm La – Ba – Cu – O với
nhiệt độ chuyển pha nằm trong vùng nhiệt độ
Nitơ lỏng.
Lịch sử siêu dẫn

John Bardeen, Leon Cooper,and John Schrieffer

Ngay sau sự kiện năm 1986 nhiệt độ tới
hạn của các chất siêu dẫn nhanh chóng vượt
qua nhiệt độ hóa lỏng N
2
(77.6 K)
Ngày nay một số thông tin còn cho rằng
có thể chế tạo được chất siêu dẫn ở nhiệt độ
xấp xỉ nhiệt độ phòng dưới dạng các màng
mỏng siêu dẫn chứa Bi.
Lịch sử siêu dẫn


Giải Nobel Vật lý 2003 được chia đều cho ba
khoa học gia đã có những đóng góp có tính
cách cơ bản vào việc khảo cứu hiện tượng
Siêu dẫn và Siêu lỏng. Đó là:
Alexei A. Abrikosov Vitaly L. Ginzburg Anthony J. Leggett

T

C
T
mid
T
onset
T
CO
T (K)
∆T
R (Ω)
Hiện tượng siêu dẫn
T (K)
R (Ω)
Bán dẫn
Siêu dẫn
Phi kim
Kim loại

Hiện tượng siêu dẫn
Siêu dẫn là một trạng thái vật chất
phụ thuộc vào nhiệt độ tới hạn mà ở đó
nó cho phép dòng điện chạy qua trong
trạng thái không có điện trở. Và khi
đặt siêu dẫn vào trong từ trường thì từ
trường bị đẩy ra khỏi nó.
Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng
mà điện trở của một chất nào đó đột
ngột giảm về 0 ở một nhiệt độ xác
định.

Tính chất từ

Những vật dẫn không có điện trở được gọi là
vật dẫn lý tưởng hoặc vật dẫn hoàn hảo.
Khi giảm từ trường về 0 thì mật độ từ thông
bên trong kim loại có độ dẫn lý tưởng không thể
thay đổi và dòng bề mặt sẽ xuất hiện để duy trì từ
thông bên trong nó.
Một trong những tính chất thể hiện tính
nghịch từ của vật liệu siêu dẫn là hiệu ứng
Meissner
Tính nghịch từ của vật dẫn lí tưởng

Hiệu ứng Meissner
Năm 1933, Meissner và Ochsenfied phát
hiện ra rằng: Nếu chất siêu dẫn được làm
lạnh trong từ trường xuống dưới nhiệt độ
chuyển pha T
C
, thì đường sức của cảm ứng
từ B sẽ bị đẩy ra khỏi chất siêu dẫn.

Minh họa cho hiệu ứng Meissner

















−=
2
1
C
oc
T
T
HH
Sự phụ thuộc của từ trường tới hạn
vào nhiệt độ và đường cong ngưỡng
Với H
0
là từ trường tại T = 0 và tại T = T
C
thì H
c
(T
C
) = 0.

Minh họa cho hiệu ứng Meissner

0=Erot
H

=
H
a

+
4
π
M

=
0
(
3
)

(
4
)
H

=
H
a

+
M

=
0


(
5
)
(
6
)
(
7
)
(
8
)
(
9
)
(
1
0
)
πχ
4
1
−==
a
H
M

JE
ρ
=
ErotCdt
Bd 
−=
0=dt
Bd
1−==
a
H
M
χ
0
=
Erot
H = H
a
+ 4πM = 0 (1)
(2)
H = H
a
+ M = 0 (3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
π
χ

4
1
−==
a
H
M
JE
ρ
=
ErotC
dt
Bd


−=
0=
dt
Bd

1−==
a
H
M
χ

Tính nghịch từ của
vật dẫn không lí tưởng
Mẫu không lý tưởng cho thấy:
Có ba từ trường tới hạn khác nhau (H
C1

,
H
C2
và H
C3
).
Có đường cong từ trễ.
Có từ thông bị hãm (bẫy).

Dựa vào hiệu ứng
Meissner:
- Siêu dẫn loại I: hoàn toàn
đúng.
- Siêu dẫn loại II: không
hoàn toàn đúng, vậy siêu
dẫn loại II đã tồn tại
vùng trung gian (vùng
hỗn hợp).
Tiêu chuẩn Ginzburg –
Landau:-
Phân loại các chất siêu dẫn theo tính chất từ
1
2
1
2
k
k
k
λ
ξ


<


=


>


Loại I
Loại II

H < H
c1
H
c1
< H < H
c2
H > H
c2

Các lý thuyết liên quan

Lý thuyết Ginzburg - Landau
Phương trình Ginzburg – landau
Xuất phát điểm: Giải thích trạng thái siêu
dẫn trật tự hơn trạng thái thường.
Vậy chuyển pha siêu dẫn sang trạng
thái thường khác nhau của hệ bằng đại

lượng vật lý gọi là thông số trật tự . Với
là hàm sóng phụ thuộc tọa độ không
gian có tính chất là:
*
( ). ( ) ( )
S
r r n r
ψ ψ
=
uu uu 
: Nồng độ (định xứ) của các điện tử siêu dẫn.
( )
S
n r

r
