Supraleitung/London-Gleichungen

Referent: Janis Postels

Heidelberg, 17.07.2015

Übersicht

• Einleitung• Entdeckung

• Supraleiter 1. und 2. Art/Meissner-Ochsenfeld-Effekt

• Supraleitung als thermodynamischer Zustand

• London-Gleichungen• Herleitung

• Erklärung des Meissner-Effekts

• Ausblick• BCS-Theorie

• Anwendungen

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Übersicht

• Einleitung• Entdeckung

• Supraleiter 1. und 2. Art/Meissner-Ochsenfeld-Effekt

• Supraleitung als thermodynamischer Zustand

• London-Gleichungen

• Ausblick

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Entdeckung

• 1911 Entdeckung durch den niederländischen Physikers Onnes

• Verschwindender elektrischer Widerstand

• Limitiert durch kritischen Wert der magnetischen Feldstärke Hc

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Meissner-Ochsenfeld-Effekt/Supraleiter 1. Art

• Supraleiter 1. Art:• Magnetfeld (H < Hc ) wird bei

Erreichen des Zustandes aus dem Stoff verdrängt

• Ausnahme: Randbereich, in dem Magnetfeld exponentiell abfällt (Londonsche Eindringtiefe)

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Supraleiter 2. Art

• Zwei kritische Werte des äußeren Magnetfeldes

• B < Bc1 : Meissner-Effekt

• B > Bc2 : normalleitend

• Bc2 < B < Bc1 : Mischzustand• Magnetfeld kann gequantelt in den

Leiter eindringen (Flussschläuche, magnetisches Flussquant)

𝜑 =ℎ

2𝑒

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Supraleiter 2. Art – Quantisierung des magnetischen Feldes

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• Elektrischer Widerstand durch Wechselwirkung mit Flussschläuchen

• Phänomen: Flux pinning (räumliches Fixieren der Flussschläuche)

Supraleitung als thermodynamischer Zustand

• Wegunabhängigkeit• a->b->c & a->d->c sind äquivalent

• Thermodynamische Betrachtungsweise liefert frei werdende Energie beim Phasenübergang (normalleitend -> supraleitend)

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Übersicht

• Einleitung

• London-Gleichungen• Herleitung

• Erklärung des Meissner-Effekts

• Ausblick

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Übersicht

• Einleitung

• London-Gleichungen

• Ausblick• BCS-Theorie

• Anwendungen

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BCS-Theorie

• Vermutung: Energielücke im Energiespektrum der Elektronen

• Nachweis durch Giaever

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• 1956 Erklärung durch Cooper

• Attraktive Wechselwirkung zwischen zwei Elektronen

• Paare von Elektronen verhalten sich wie BOSONEN

• Müssen nicht dem Pauli-Prinzip genügen -> Bose-Einstein-Statistik

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BCS-Theorie – Erklärung der Energielücke

SQUID – superconducting quantum interference device

• Supraleitender Ring (2. Art)

• Hochpräzise Messung von Änderungen des äußeren Magnetfeldes durch Kompensationsströme

• Ausnutzung des Josephson-Effekts

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Quellenverzeichnis

Becker, Sauter: Theorie d. Elektrizität, Bd.3

Ch. Kittel: Einführung in die Festkörperphysik

Wikipedia

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Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit!

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