Відкрити головне меню

Ізотопічний ефект (англ. isotope effect, рос. изотопический эффект)  — фізичне явище в багатьох низькотемпературних надпровідниках, яке полягає в залежності критичної температури від маси ізотопу. Ефект було відкрито незалежно Емануелем Максвелом [1] та Чарльзом Рейнольдсом [2] в 1950 році.

Значення показника α для різних надпровідників згідно з

[3], [4]

Речовина α
Ртуть (Hg) 0.5 ± 0.03
Талій (Tl) 0.5 ± 0.1
Кадмій (Cd) 0.5 ± 0.1
Молібден (Mo) 0.33 ± 0.05
Осмій (Os) 0.21 ± 0.05
Рутеній (Ru) 0.0
Цирконій (Zr) 0.0
Уран (U) -2
Диборид магнію (MgB2) 0.32,[5] 0.30[6]
Гідрид паладію (PdH, PdD) -0.25
La1.85Sr0.15CuO4 0.07
La1.89Sr0.11CuO4 0.75
A3C60, A=Na, Ru 0.37 1.4

Для будь-якого конкретного надпровідника приблизно справджується наступна рівність:

,

де  — критична температура надпровідника (тобто значення температури, при якій матеріал переходить у надпровідний стан), а  — маса ізотопу. Оскільки пропорційна критичному магнітному полю , то між та повинно існувати подібне співвідношення.

Важливість ізотопічного ефекту проявилася в побудові теорії надпровідності, а саме в поясненні механізму утворення зв'язаних станів електронів (пар Купера). Оскільки утворення таких пар може відбуватися лише за участі сил взаємного притягання, то такі сили можуть виникнути лише завдяки взаємодії електронів з кристалічною ґраткою.

Показник для більшості моноатомних речовин приблизно дорівнює . Це значення передбачає теорія БКШ, оскільки згідно з цією теорією пропорційне характеристичній частоті фононів (за умови нехтування кулонівським відштовхуванням). В свою чергу закон дисперсії фононів в моноатомному ланцюжку пропорційний , що і пояснює значення зокрема для ртуті, талію та кадмію.

Відхилення від значення для деяких перехідних металів (зокрема занулення для Zr та Ru, а також сильний обернений ізтопічний ефект для урану) пояснюється врахуванням особливостей зонної структури.

Врахування ангармонічних ефектів дозволяє пояснити обернений ізтопічний ефект для гідриду паладію та значення для фулеренів.

ДжерелаРедагувати

  1. E. Maxwell. Isotope Effect in the Superconductivity of Mercury // Phys. Rev.. — 1950. — Т. 78. — С. 477. — DOI:10.1103/PhysRev.78.477.
  2. C. A. Reynolds, B. Serin, W. H. Wright, and L. B. Nesbitt. Superconductivity of Isotopes of Mercury // Phys. Rev.. — 1950. — Т. 78. — С. 487. — DOI:10.1103/PhysRev.78.487.
  3. J.W.Garland, Jr. Isotope Effect in Superconductivity // Phys. Rev. Lett.. — 1963. — Т. 11. — С. 114. — DOI:10.1103/PhysRevLett.11.114.
  4. A. Bill, V. Z. Kresin та S. Wolf (1998). The Isotope Effect in Superconductors. Pair Correlations in Many-Fermion Systems: Proceedings of an ASI School (англійська). Springer. с. 25–52. ISBN 0306458233. 
  5. D.G. Hinks, H. Claus, J.D. Jorgensen (2001). The complex nature of superconductivity in MgB2 as revealed by the reduced total isotope effect. Nature 411: 457 — 460. doi:10.1038/35078037. 
  6. E. Cappelluti et al (2002). High Tc Superconductivity in MgB2 by Nonadiabatic Pairing. Phys. Rev. Lett. 88. doi:10.1103/PhysRevLett.88.117003.  Проігноровано невідомий параметр |ussue= (довідка)

ЛітератураРедагувати

  • M. Tinkham (1996). Introduction to Superconductivity (англійська) (вид. 2d ed.). New York: McGraw-Hill, Inc. ISBN 0070648786. 

Див. такожРедагувати