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25. Juni 2005, 1 Freising, 25. Juni 2005 Supraleitung Rudi Hackl, Walther-Meissner-Institut Bayerische Akademie der Wissenschaften

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Präsentation zum Thema: "25. Juni 2005, 1 Freising, 25. Juni 2005 Supraleitung Rudi Hackl, Walther-Meissner-Institut Bayerische Akademie der Wissenschaften"—  Präsentation transkript:

1 25. Juni 2005, 1 Freising, 25. Juni 2005 Supraleitung Rudi Hackl, Walther-Meissner-Institut Bayerische Akademie der Wissenschaften Entdeckung und erste Experimente London-Theorie Inhomogene Supraleitung (Ginzburg-Landau) Kohärente Zustände und BCS-Theorie Josephson-Effekte Moderne Entwicklungen

2 25. Juni 2005, 2 Entdeckung und Schlüsselexperimente 1. R = 0 Heike Kamerlingh Onnes 1911 Leiden Comm. 120b, 122b, 124c Kamerlingh Onnes

3 25. Juni 2005, 3 Schlüsselexperimente 2. Kritisches Feld TTcTc B BcBc supraleitend normalleitend

4 25. Juni 2005, 4 Schlüsselexperimente (Fortsetzung) 3. Supraleitung ist eine thermodynamische Phase TTcTc B BcBc B c (T) zero field cooled (z.f.c.) field cooled (f.c.) W. Meißner und R. Ochsenfeld, Naturwissenschaften 21, 787 (1933)

5 25. Juni 2005, 5 Idealer Leiter

6 25. Juni 2005, 6 Supraleiter

7 25. Juni 2005, 7 R = 0 und B in = 0 wegunabhängig (idealer Diamagnet) Walther Meissner

8 25. Juni 2005, 8 Schlüsselexperimente (Fortsetzung) 4. Flussquantisierung B.S. Deaver and W.M. Fairbank, PRL 7, 43 (1961) R. Doll and M. Näbauer, PRL 7, 51 (1961)

9 25. Juni 2005, 9 5. Kohärenter makroskopischer Quantenzustand (Josephson-Effekt) Schlüsselexperimente (Fortsetzung)

10 25. Juni 2005, 10 London-Theorie Quantenmechanische Beschreibung des Stromes Amplitude Phase Wahrscheinlichkeitsdichte Ladungsdichte Schrödinger-Gleichung im Magnetfeld H. und F. London 1938

11 25. Juni 2005, 11 London-Theorie II Imaginärteil Kontinuitätsgleichung für Wahrscheinlichkeitsdichten 2. London-Gleichung using

12 25. Juni 2005, 12 Magnetfeldverdrängung Ampèresches Gesetz

13 25. Juni 2005, 13 Flussquantisierung S S B0B0 Flussquant

14 25. Juni 2005, 14 Elektronenpaare

15 25. Juni 2005, 15 Ginzburg-Landau-Theorie Dichte der Freien Energie als Funktion eines "Ordnungsparameters" | minimal GL-Differenzialgleichungen für und J S Q

16 25. Juni 2005, 16 Ginzburg-Landau-Theorie T sinkt P T > T c T < T c ungeordnet geordnet T = T c F | | 2 TTcTc n/2 Gültigkeitsbereich der GL-Theorie

17 25. Juni 2005, 17 GL-Theorie: Konsequenzen 1. Längenskalen: Magnetfeldeindringtiefe und GL-Kohärenzlänge Eindringtiefe aus DGL für J Kohärenzlänge aus DGL für

18 25. Juni 2005, 18 x NL (x) ² SL ² BaBa B(x) 0 GL Energieerniedrigung (keine Feldverdrängung) Energieerhöhung ( unterdrückt) GL-Theorie: Konsequenzen

19 25. Juni 2005, 19 GL-Theorie: Konsequenzen Flussschläuche Flussfäden Flussquanten Regelmäßiges Gitter von "Flussquanten" mit 2. Mischzustand

20 25. Juni 2005, 20 Flussliniengitter (Abrikosov 1958) H(r) 0 (r) 0 r

21 25. Juni 2005, 21 Alexei AbrikosovLev LandauVitaly Ginzburg Nobelpreis 2003 Nobelpreis 1962

22 25. Juni 2005, 22 Flusslinienverankerung (Pinning) Ausscheidung mit kleinem (bzw. NL) Ausscheidung: Wirbelkern kostet keine Kondensationsenergie Kondensationsenergie geht verloren

23 25. Juni 2005, 23 Schwebender Magnet

24 25. Juni 2005, 24 Kohärente Zustände (Schrödinger 1926)

25 25. Juni 2005, 25 Poisson Verteilung n

26 25. Juni 2005, 26 Phase und Teilchenzahl feste Phase Polardarstellung von konjugierte Variable p und x Orts-/ Impulsunschärfe

27 25. Juni 2005, 27 Zwischenbilanz Offensichtlich kommt man mit der Kohärenz sehr weit! Wo sind kohärente Zustände realisiert? Wellenfeld im Laser Bose-Einstein-Kondensate 3 He und 4 HeVortrag Einzel Supraleiter aller Art Welche mikroskopischen Ursachen liegen zugrunde? Fakten: kohärente Wellenfunktion, Elektronenpaare, Energiegewinn

28 25. Juni 2005, 28 BCS-Theorie Isotopeneffekt für Sn: allgemein: Phononen sind wichtig

29 25. Juni 2005, 29 Ursprung der Elektron-Elektron-WW e-e- Kopplung ist dynamisch! BCS-Näherung

30 25. Juni 2005, 30 Cooper-Paare T = 0 EFEF E F + D

31 25. Juni 2005, 31 Cooper-Paare Energieabsenkung Kopplungskonstante

32 25. Juni 2005, 32 BCS-Wellenfunktion

33 25. Juni 2005, 33 Paardispersion und Energielücke

34 25. Juni 2005, 34 Dispersion k kFkF E 0 k k Quasiteichen bei T > 0

35 25. Juni 2005, 35 BCS John BardeenLeon CooperRobert Schrieffer

36 25. Juni 2005, 36 Energielücke bei T = 0

37 25. Juni 2005, 37 Tunnelspektroskopie SIS-Tunneldiode: SL Isolator SL Isolator, z. B. Oxid =Potenzialbarriere NL T wächst 2 (T) 2 0 eU I T=0

38 25. Juni 2005, 38 Energielücke bei T > 0

39 25. Juni 2005, 39 Josephson-Effekte 1. Josephson-Gleichung 2. Josephson-Gleichung Brian D. Josephson Nobelpreis 1973

40 25. Juni 2005, 40 Josephson-Gleich- und Wechselstrom I ges InIn I0I0 IsIs t

41 25. Juni 2005, 41 Moderne Entwicklungen

42 25. Juni 2005, 42 Kuprate – "Hochtemperatursupraleiter" YBa 2 Cu 3 O 7 T c = 93 K

43 25. Juni 2005, 43 Anwendungen - Metrologie

44 25. Juni 2005, 44 Anwendungen - Fehlerstromschalter

45 25. Juni 2005, 45 Anwendungen - Filter incl. Kryo-Kühler

46 25. Juni 2005, 46 Josephson-Computer

47 25. Juni 2005, 47 Zusammenfassung Zentrale Bedeutung kohärenter Zustände Phänomenologische London- und Ginzburg-Landau-Theorien Josephson-Effekte Mikroskopische Erklärung der Elektronenpaarung, der Kohärenz und der Energieabsenkung in der BCS-Theorie

48 25. Juni 2005, 48 Realisierte Anwendungen Magnete (Forschung und Medizin) Energieübertragung (Laborbetrieb) Levitation Strombegrenzer Abschirmung elektromagnetischer Felder SQUID (Superconducting QUantum Interference Device) Filter und Mischer (Mobilfunk und Militär) Superschnelle Rechner (RSFQ) Quanten-Computer (Forschungsphase)

49 25. Juni 2005, 49

50 25. Juni 2005, 50 Wichtige Persönlichkeiten Kamerlingh Onnes van der WaalsJ. Franck M. Born W. Meißner


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