PL 
EnglishDomyślny
Українська🧲 Nadprzewodnictwo
Schłodź materiał poniżej temperatury krytycznej i obserwuj zanik oporu oraz wypychanie strumienia magnetycznego, aż silne pole zniszczy stan Meissnera.
O symulatorze nadprzewodnictwa
Ta symulacja wizualizuje przejście metalu w stan nadprzewodzący. Lewe płótno animuje pary Coopera przemieszczające się przez sieć krystaliczną, wypychanie pola magnetycznego (efekt Meissnera) lub wiry strumienia Abrikosowa, podczas gdy prawe płótno przedstawia opór w funkcji temperatury. To, czy próbka jest nadprzewodząca, decyduje prawo pola krytycznego H<Hc(1−(T/Tc)2), a przerwę energetyczną BCS szacuje się z zależności 2Δ ≈ 3,52 kBTc.
Pięć presetów materiałowych (rtęć, ołów, niob, Nb₃Sn i YBCO) ustala temperaturę krytyczną i pole krytyczne. Suwak temperatury przemiata zakres od 0,1 K do wartości znacznie powyżej Tc, a suwak pola magnetycznego przykłada pole zewnętrzne H. Przełączanie między widokami Pary Coopera BCS, Efekt Meissnera i Wiry typu II ukazuje każde ze zjawisk. Nadprzewodniki przewodzą prąd bez strat, umożliwiając działanie skanerów MRI, magnesów akceleratorów cząstek i transportu maglev.
Najczęściej zadawane pytania
Czym jest nadprzewodnictwo?
Nadprzewodnictwo to stan, w którym materiał przewodzi prąd elektryczny z dokładnie zerowym oporem i wypycha pola magnetyczne ze swojego wnętrza. Pojawia się poniżej temperatury krytycznej charakterystycznej dla danego materiału, T sub c. Symulacja pokazuje, jak opór spada do zera, gdy temperatura obniża się poniżej T sub c dla wybranego materiału.
Co robi suwak temperatury?
Suwak temperatury ustawia temperaturę próbki w zakresie od 0,1 K do kilkukrotności temperatury krytycznej. Gdy wartość spadnie poniżej T sub c, a przyłożone pole jest wystarczająco niskie, znacznik stanu zmienia się na NADPRZEWODZĄCY, a opór wskazuje 0,000 oma. Powyżej T sub c metal wraca do normalnego, opornego stanu.
Do czego służy suwak pola magnetycznego?
Suwak H przykłada zewnętrzne pole magnetyczne. Nadprzewodnictwo utrzymuje się tylko wtedy, gdy H pozostaje poniżej pola krytycznego, które samo maleje wraz ze wzrostem temperatury. W presetach typu II wystarczająco silne pole wprowadza materiał w stan mieszany, w którym w widoku Wiry typu II pojawiają się skwantowane wiry strumienia.
Czym są pary Coopera?
Para Coopera to dwa elektrony związane oddziaływaniem przyciągającym, przenoszonym przez drgania sieci krystalicznej, czyli fonony. Jeden elektron zniekształca dodatnio naładowaną sieć, a to zniekształcenie przyciąga drugi elektron. Sparowane elektrony tworzą kwantowy kondensat z pojedynczą makroskopową funkcją falową, dzięki czemu przepływają bez rozpraszania, a więc bez oporu.
Czym jest efekt Meissnera?
Efekt Meissnera to aktywne wypychanie strumienia magnetycznego z wnętrza nadprzewodnika. Powierzchniowe prądy ekranujące powstają samoistnie, aby zniwelować pole wewnątrz, utrzymując B równe zero. To więcej niż idealny diamagnetyzm, ponieważ zjawisko to zachodzi nawet dla pola obecnego już przed schłodzeniem, i to właśnie ono pozwala magnesowi lewitować nad nadprzewodnikiem.
Jaka jest różnica między nadprzewodnikami typu I i typu II?
Nadprzewodniki typu I, takie jak rtęć i ołów, całkowicie wypychają strumień magnetyczny aż do osiągnięcia pola krytycznego H sub c, po czym gwałtownie przechodzą w stan normalny. Nadprzewodniki typu II, takie jak niob, Nb3Sn i YBCO, mają dwa pola krytyczne i pozwalają strumieniowi przenikać jako skwantowane wiry między H sub c1 a H sub c2, co pozwala im pozostać nadprzewodzącymi w bardzo silnych polach.
Czym jest przerwa energetyczna BCS pokazana na panelu?
Przerwa energetyczna BCS to minimalna energia potrzebna do rozbicia pary Coopera na dwa swobodne elektrony. Symulacja szacuje ją z zależności 2 delta w przybliżeniu równa się 3,52 razy k sub B razy T sub c, wyświetlając wynik w milielektronowoltach. Wyższa temperatura krytyczna daje większą przerwę, dlatego YBCO ma znacznie większą przerwę niż rtęć.
Czym są wiry Abrikosowa?
Wiry Abrikosowa to maleńkie rurki strumienia magnetycznego przenikające nadprzewodnik typu II w jego stanie mieszanym. Każdy wir niesie dokładnie jeden kwant strumienia, phi zero równe h podzielone przez 2e, i jest otoczony wirującym nadprądem. Widok Wiry typu II rysuje te rdzenie i krążące wokół nich prądy, gdy pole mieści się między H sub c1 a H sub c2.
Czy symulacja jest fizycznie dokładna?
Fizyka jakościowa jest wierna: zależność pola krytycznego od temperatury, przejście do zerowego oporu, stosunek przerwy BCS oraz rozróżnienie między zachowaniem typu I i typu II są zgodne ze standardową teorią. Animacja jest jednak uproszczonym modelem wizualnym. Ruch cząstek, liczba wirów i opór mają charakter poglądowy, a nie są wynikiem pełnego obliczenia kwantowo-mechanicznego.
Dlaczego nadprzewodniki wysokotemperaturowe, takie jak YBCO, mają znaczenie?
YBCO jest nadprzewodzące aż do około 93 K, powyżej temperatury wrzenia ciekłego azotu wynoszącej 77 K, więc można je tanio chłodzić bez ciekłego helu. Dzięki temu praktyczne zastosowania, takie jak kable energetyczne, ograniczniki prądu zwarciowego i magnesy badawcze o wysokim polu, stają się znacznie bardziej przystępne cenowo. Ten symulator zawiera YBCO, aby można było porównać jego wysokie T sub c z konwencjonalnymi metalami, takimi jak rtęć i ołów.