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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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