Лекция №10 (Глазков В.Н.)

• В лекции обсуждается понятие квазичастиц в сверхпроводниках, их связь с основными состояниями и возбуждениями.  

• Упоминаются эксперименты, такие как скачок теплоемкости и высокочастотное поглощение, которые позволяют сделать выводы о свойствах сверхпроводников.  

• Эксперименты показывают, что теплоемкость сверхпроводников зависит от температуры экспоненциально, с показателем, пропорциональным температуре.  

• Высокочастотное поглощение также зависит от температуры, и на низких частотах разница между нормальным и сверхпроводящим состоянием заметна.  

• На основе экспериментов можно предположить, что энергетический спектр сверхпроводника состоит из основного состояния, состоящего из куперовских пар, и возбуждений с щелевым спектром.  

• Уровни элементарных возбуждений начинаются с основного состояния и заканчиваются на уровне, где энергия равна энергии ферми жидкости.  

• При температуре ниже температуры перехода в сверхпроводящее состояние, спектр возбуждения металла меняется, становясь щелевым.  

• Щель возникает из-за того, что энергия возбуждения мала по сравнению с энергией в ферме.  

• Критическая скорость, при которой возникают потери энергии на генерацию квазичастиц, равна щели, деленной на фермерский импульс.  

• Критическая плотность тока равна концентрации носителей на заряд носителя или концентрации пар на два е.  

• Сверхпроводящие провода состоят из множества тонких жилок, каждая из которых содержит сверхпроводящие нити диаметром 6 микрон.  

• Критический ток в жилке составляет примерно 2 ампера, а в кабеле - до 2 ампер.  

• Медная оболочка обеспечивает механическую прочность и шунтирование сверхпроводящих жилок.  

• В курсе общей физики рассматриваются экспериментальные факты, такие как квант магнитного потока в сверхпроводнике, теплоемкость СВЧ и изотопный эффект.  

• Эти факты указывают на связь между электронами и решеткой, что может быть объяснено с помощью теории Бакаша.  

• Теория Бакаша позволяет описать взаимодействие электронов с помощью операторов рождения и уничтожения.  

• В результате взаимодействия образуются связанные состояния, называемые куперовскими парами.  

• Эффективность взаимодействия зависит от стартовых импульсов электронов и может быть описана с помощью математического аппарата.  

• В зависимости от стартовых импульсов, электроны могут взаимодействовать параллельно, под углом или антипараллельно.  

• Куперская пара образуется из двух электронов, летящих в противоположных направлениях.  

• Куперская пара может быть с-спаренной (спин равен нулю) или п-спаренной (спин равен единице).  

• Энергия сверхпроводящего состояния меньше энергии нормального состояния на величину, пропорциональную плотности электронов на поверхности Ферми.  

• Корреляционная длина, или характерный масштаб длины, составляет тысячи ангстрем.  

• Глубина проникновения увеличивается при приближении к температуре перехода.  

• Зависит от концентрации электронов и температуры.  

• В видео обсуждаются различные схемы представления сверхпроводников, включая использование основного состояния и схемы квазичастиц.  

• Обсуждаются различные процессы, такие как разрушение куперских пар, фотоэффект и высокочастотное исчезновение сохраняющих свойств.  

• В видео демонстрируется эксперимент с туннельным контактом между двумя металлами или металлами и проводниками.  

• Измеряется ток и напряжение через этот контакт при различных условиях, включая нормальное состояние и сверхпроводящее состояние.  

• В видео обсуждается, как возникает туннельный ток в сверхпроводниках.  

• Сначала рассматриваются два нормальных металла, где электроны могут перетекать из одного материала в другой через диэлектрик.  

• Затем объясняется, как возникает туннельный ток в сверхпроводниках, когда электроны могут туннелировать из металла в сверхпроводник.  

• При этом, ток пропорционален проницаемости барьера, приложенному напряжению и плотности состояний в металле.  

• В видео также обсуждается эффект Джозефсона, когда куперовские пары могут туннелировать между двумя сверхпроводниками.  

• Для наблюдения этого эффекта нужен туннельный контакт между двумя сверхпроводниками, который может быть сделан разными способами.  

• В видео также объясняется, как этот бездиспативный туннельный ток может быть описан и какие явления с ним связаны.  

• В системе с двумя сверхпроводниками и узким мостиком между ними, плотность тока зависит от градиента фазы волновой функции.  

• При пропускании тока через систему, плотность тока может быть большой или маленькой в зависимости от сечения мостика.  

• Вводится оператор туннелирования, который позволяет получить стационарное уравнение для тока через сверхпроводящий контакт.  

• Ток пропорционален разности фаз и зависит от концентрации и фазы.  

• Приложенное напряжение вызывает скачок напряжения и сопротивление в сверхпроводящем контакте.  

• Возникает резистивная модель, где ток через сверхпроводящий канал зависит от фазы, а через нормальный канал - от напряжения.  

• Эффект Джисона используется для создания стандарта напряжения, где высокочастотное излучение генерируется при пропускании тока через сверхпроводящий контакт.  

• В видео обсуждается вариант квантовой механики, где куэровская пара на одном берегу распадается на два электрона, которые туннелируют по отдельности, но одновременно через мостик.  

• На другом берегу они собираются обратно в куэровскую пару.  

• Обсуждается вопрос о вероятности такого процесса, где два электрона туннелируют независимо друг от друга, и вероятность такого события подавляется.  

• Куэровская пара - это один когерентный квантовый объект, который туннелирует сразу оба электрона, не распадаясь на нормальные электроны.  

• В видео также обсуждается аналитическое рассуждение, где ключевой момент заключается в том, что рассматривается аннулирование куэровской пары, а не отдельных квазичастиц.  

• В уравнении Шредингера учитываются только волновые функции куэровских пар, а не отдельных квазичастиц.