Сверхпроводимость — это явление, при котором материалы теряют электрическое сопротивление при определённых низких температурах. На сегодняшний день выделяют несколько ключевых факторов и теорий, объясняющих это явление.

Причины возникновения сверхпроводимости

Фононное взаимодействие: В классической теории Бардена-Купера-Шриффера (BCS) основное внимание уделяется взаимодействию между электронами и фононами (колебаниями решётки). При низких температурах электроны могут образовывать куперовские пары, когда один электрон взаимодействует с фононом и передаёт свою энергию другому электрону. Это приводит к образованию связанных пар, которые могут двигаться по решётке без рассеяния, тем самым устраняя сопротивление.

Критическая температура: Каждое вещество имеет свою критическую температуру (Тц), ниже которой оно становится сверхпроводящим. Важно отметить, что свойства материала, такие как структура, электронная конфигурация и взаимодействия, определяют эту температуру.

Структура кристаллической решётки: Некоторые материалы, такие как медь, серебро и свинец, демонстрируют сверхпроводимость из-за своей электронной структуры и кристаллической решётки, которая способствует образованию куперовских пар.

Современные теории сверхпроводимости

Теория BCS: Это самая известная и принятая теория, предложенная Джоном Барденом, Леоном Купером и Робертом Шриффером в 1957 году. Она объясняет механику и физику образования куперовских пар и их роль в сверхпроводимости.

Теория спиновой сверхпроводимости: Эта теория (предложенная в 1980-х годах) объясняет сверхпроводимость в некоторых материалах с сильными спиновыми взаимодействиями, включая высокотемпературные сверхпроводники.

Теория сильной корреляции: Для некоторых материалов, таких как медные оксиды (купрокси), взаимодействия между электронами становятся настолько сильными, что стандартные модели не работают. Тут применяются более сложные модели, такие как теории флуктуационной суперпроводимости и теории, основанные на концепции ренормализации.

Теория неаддитивности сверхпроводимости: В некоторых случаях, таких как железо-содержащие сверхпроводники, объяснения основаны на необходимости учета нескольких факторов, включая аналогии с определёнными структурами и фазовыми переходами.

Заключение

Суперпроводимость представляет собой сложное и многогранное явление, и несмотря на достижения в теории и экспериментальной физике, многие аспекты этого явления всё еще требуют уточнения и глубокого понимания. Исследования в области сверхпроводимости продолжаются, и новые открытия могут привести к созданию материалов, способных функционировать как сверхпроводники при более высоких температурах, что имеет большой потенциал для практических применений в электронике, медицине и энергетике.