С переходом в сверхпроводящее состояние в металле не связано никакой теплоты перехода, однако имеется аномалия в ходе электронной составляющей теплоемкости. Пример такого аномального хода показан на рис. 3.69. Разрыв удельной теплоемкости указывает на переход второго рода из относительно разупорядоченного (нормального) состояния в более упорядоченное (сверхпроводящее) состояние, обладающее меньшей энтропией. Аналогичная особенность теплоемкости имеет место, когда жидкий 4Не становится сверхтекучим. Общепринято рассматривать сверхпроводящий металл как сверхтекучую среду, состоящую из бозонов, которые, согласно теории БКШ, представляют собой пары электронов с противоположно направленными импульсами и спинами. То, что сверхпроводимость представляет собой сугубо квантовое явление, в котором волновые функции электронов согласованы на макроскопических расстояниях, было очевидно уже из ранних феноменологических теорий. Полная удельная теплоемкость металла в «нормальном» состоянии представляет собой сумму, состоящую из члена, про- 3.6. Сверхпроводимость 331 порционального Г3, обусловленного колебаниями решетки (де- баевского члена), и члена, прямо пропорционального абсолютной температуре, отражающего температурную зависимость энергии фермиевского электронного газа. Если использовать «нормальные» данные для галлия, приведенные на рис. 3.69, то эта сумма равна С, = 6.10-ьГ3 + 6.10-4Г Джмоль-^К-1. (3.189) Вклад фононов в сверхпроводящем состоянии остается неизменным, однако зависимость от температуры электронной составляющей становится гораздо более сильной. В некоторых сверхпроводящих металлах электронная теплоемкость Сэл изменяется при низких температурах примерно как Г3, однако у галлия, как и у некоторых других сверхпроводников, наблюдается экспоненциальный ход теплоемкости: Ср = (6.10-*Т3+9,5.10-»ехр(— ЬЭ/ЗДжмоль-^К-1. (3.190) Эта экспоненциальная зависимость означает, что при абсолютном нуле все электроны в сверхпроводнике находятся в полностью упорядоченном состоянии с нулевой энтропией и теплоемкостью, однако электроны могут быть термически переброшены через энергетическую щель (ширины порядка Ak^Tc) в «нормальные» состояния системы. В соответствии с такой двухжидкостной моделью доля электронов, находящихся в сверхпроводящем (или сверхтекучем) состоянии, будет падать, обращаясь в нуль при некоторой температуре — критической температуре Гс. Такое представление содержится и в теории БКШ, но в более сложной форме, так как в модели БКШ сама ширина щели уменьшается с ростом температуры.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Теплоемкость» з дисципліни «Фізика твердого тіла»
