1 / 27

Een voorbeeld van de wetenschappelijke cyclus: Supergeleiding

Een voorbeeld van de wetenschappelijke cyclus: Supergeleiding. Jeroen Goedkoop Zaanlands College. Nobel Prizes for superconductivity: Girls wanted. Heike Kamerling Onnes. Lev Davidovich Landau. Ivar Giaever. Brian David Josephson. Supergeleiding. Heike Kamerlingh Onnes

waneta
Download Presentation

Een voorbeeld van de wetenschappelijke cyclus: Supergeleiding

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Een voorbeeld van de wetenschappelijke cyclus: Supergeleiding Jeroen Goedkoop Zaanlands College

  2. Nobel Prizes for superconductivity: Girls wanted Heike KamerlingOnnes Lev Davidovich Landau Ivar Giaever Brian David Josephson

  3. Supergeleiding HeikeKamerlingh Onnes 1911: Maakt helium vloeibaar 1913: Ontdekking supergeleiding

  4. 43 jaar later: BCS theorie 1957 Theoretische verklaring Koppeling van electronen (Fermionen) tot Cooperparen (Bosonen) Condensatie van Cooperparen in macroscopische golffunctie die door het hele materiaal loopt: geen weerstand door onzuiverheden of roostertrillingen Voorspelling: Supergeleiding boven ~40 K niet mogelijk

  5. Naar kamertemperatuur supergeleiding??? Overgangstemperatuurvoorsupergeleidingvs. jaar van ontdekking Supergeleiding leek rond 1980 klaar

  6. En Toen:

  7. Hoge Tc supergeleiders 1986 Nieuwe klasse ontdekt • Geen metalen maar oxides • Uitgangsmateriaal is isolator • Tc 10x hoger dan in metalen! • Kenmerk: CuO vlakken • Geen BCS supergeleiders YBa2Cu3O7

  8. Waarom naar kamertemperatuur Supergeleiding? Kamertemperatuur supergeleiding zou een enorme impact hebben: • ~10 % van elektriciteit gaat verloren in transport naar huishoudens  ~2 centrales minder in Nederland • Weerstandsloze motoren (stofzuiger, autos, …) • Zwevende treinen

  9. Uit het college Gecondenseerde Materie 2 (jaar 3 van de bachelor) Eigenschappen van supergeleiders

  10. Superconductors 10.1. Introduction 10.2. Magnetic Properties of Superconductors 10.3. The London equation* 10.4. The Theory of Superconductivity* 10.5. Macroscopic Quantum Phenomena* 10.6. High Temperature Superconductors* Kamerlingh Onnes 1908: Helium vloeibaar 1911: Supergeleiding Alexei A. Abrikosov Vitaly L. Ginzburg Anthony J. Leggett Nobelprijs 2003: www.nobel.se

  11. Supergeleidend! 1. Beneden kritische temperatuur TC verdwijnt weerstand I

  12. Voorkomen onder elementen:

  13. Op naar kamertemperatuur!

  14. 4. Repulsieve kracht  levitatie bij afkoelen Perfect diamagnetisme 2. In lange dunne staven // B: Expulsie van magnetische flux 3. Afschermstromen aan oppervlak B = 0 Movie

  15. B> Bc B< Bc Uitdrukking goed bij Tc, verder niet meer dan interpolatie naar Bc BC(mT) Normal Superconducting TC T(K) Perfect diamagnetisme - vervolg • Kleine velden, groter dan kritisch veld Bc , vernietigen al supergeleiding Bcis temperatuurafhankelijk Voorbeeld: Kwik (Tc= 4.2 K)

  16. Kritische stroom 7. Supergeleiding wordt vernietigd als de supergeleidende stroom een magneetveld B > BCproduceert Veld het grootst aan rand van stroomdraad I

  17. B B - μ0M(mT) Voorbeeld: Lange loden staaf (Soms kleine hysterese door fluxopsluiting) Be (mT) Magnetisatie: Perfect diamagnetisme 8. Magnetisatie is evenredig met B

  18. Voorbeeld: Bol in magnetisch veld overgang wordt waargenomen bij Be = 2/3 Bc Zwart: normaal Wit: supergeleidend Imperfect diamagnetisme Andere vormen dan lange cilinder: intermediate state Veld aan equator hoger door flux expulse

  19. Al Superconductor Exponentieel groeiende Cv (voorT 0) is karakteristiek voor energie gap (Δ) in excitatiespectrum. vgl. twee-niveau systeem: Soortelijke warmte Normal metal (Weak field) TC T(K) Thermodynamica 9. Anomalie (sprong) in soortelijke warmte Cv bij kritische temperatuur TC

  20. Flux penetration in MgB2 @ 3K http://www.fys.uio.no/super/dend/#movie

  21. Isotope effect TC wordt hoger als je lichtere isotopen gebruikt! TC ~ M0.5 fononen spelen een rol !

  22. Tunneling spectroscopie: Supergeleidende band gap Tunnel junctie STM Pt Nb oxide Nb

  23. 4 K STM spectroscopie van BaFe2-xCoxAs2

  24. Hoge Tc supergeleiders 1986 Nieuwe klasse ontdekt • Geen metalen maar oxides • Uitgangsmateriaal is isolator • Tc 10x hoger dan in metalen! • Kenmerk: CuO vlakken • Geen BCS supergeleiders YBa2Cu3O7

  25. De supergeleidendegolffunctie • Electronen met tegengestelde k en spin vormen Cooperparen |k,-k> • Totale impuls 0, totale spin=0 • Cooperparen condenseren in supergeleidende grondtoestand met golffunctie= 0e-i • Golffunctie is constant in ruimte • Amplitude bepaald door dichtheid van supergeleidende electronen: nsc= |0* 0 | • Fase  varieert over correlatielengte x (r)= 0ei(r)

  26. Resumé • Fenomenologie • Weerstand verdwijnt • Perfect diamagnetisme • Type 1: totale fluxexpulsie onder TC • Type 2: penetratie van fluxquanta tussen HC1 en HC2(mixed state, Abrikosov rooster) • Anomalie in soortelijke warmte Cv • London penetratie lengte l • BCS: • Opening van gap aan EF • Vorming van Cooper paren door attractieve interactie via virtuele fononen (cooperatief) • Grootte van paren gegeven door coherentielengte x • HTCS: • How do they do it?

  27. 2028 theory

More Related