Квантовые свойства кристаллов. Классификация кристаллов по электрической проводимости. Cверхпроводимость, страница 9

Особые свойства ферро- и антиферромагнетиков проявляются только при температурах, меньших температур  и  соответственно, называемых точками Кюри (температуру  часто называют точкой Нееля).

При  ферромагнитное тело состоит из доменов – малых областей самопроизвольной намагниченности до насыщения. В отсутствие внешнего поля направления векторов намагниченности у различных доменов не совпадают, и результирующая намагниченность всего тела может отсутствовать.

Экспериментальным доказательством существования областей спонтанной намагниченности являются:

- скачкообразный характер технической кривой намагничивания  в области слабых внешних полей  – эффект Баркгаузена;

- неоднородности в распределении магнитных порошков на поверхности ферромагнитного кристалла – полосы или порошковые фигуры Биттера – Акулова.

Для ферромагнетиков характерно отставание изменения намагниченности  и магнитной индукции  от изменения напряжённости внешнего намагничивающего поля, обусловленное зависимостью  и  от их предыдущих значений, – магнитный гистерезис. Это явление – следствие необратимых изменений при намагничивании и перемагничивании. Работа, совершённая при перемагничивании за один цикл в единице объёма ферромагнитного образца (потери на гистерезис) определяется в соответствии с выражением

;

Она равна количеству теплоты, выделенному в образце при его перемагничивании.

Зависимость магнитной восприимчивости  ферромагнетика от модуля напряжённости H внешнего намагничивающего поля называют кривой Столетова (рисунок 24.4).

Температура Кюри для ферромагнетиков и температура Нееля для антиферромагнетиков являются точками фазового перехода второго рода. При этой температуре теряются ферромагнитные (антиферромагнитные) свойства кристаллов и изменяются структура кристаллической решётки, теплоёмкость, электропроводность и другие физические характеристики вещества.

В 1911 году голландский физик Х. Камерлинг-Оннес впервые наблюдал скачкообразное исчезновение электрического сопротивления ртути при её охлаждении. Он пришёл к выводу, что ртуть при температуре              T = 4,15 К переходит в новое состояние, которое было названо сверхпроводящим. Падение электрического сопротивления до нуля происходит в очень узком интервале температур, ширина которого для чистых образцов составляет (10^-3 – 10^-4) К и возрастает при наличии примесей и других дефектов структуры.

Сверхпроводимостью называют явление исчезновения (обращения в нуль) удельного электрического сопротивления некоторых веществ при их охлаждении ниже некоторой температуры T_кр, характерной для каждого вещества. Вещества, обладающие таким свойством, называют сверхпроводниками, а температуру Т_кр – критической температурой перехода в сверхпроводящее состояние.

Какой-то закономерной связи между условиями проявления сверхпроводимости и структурой кристаллической решетки химического элемента не установлено. Сверхпроводящее состояние реализовано для некоторых металлов (ртуть, ниобий, свинец, таллий, алюминий и др. – более 25 металлических элементов.), многих сплавов и интерметаллических соединений, а также для некоторых полупроводников и полимеров. Наибольшее значение критической температуры Т_кр у чистых металлов не превосходит 9,2 К (ниобий), а у сплавов 23,2 К (Nb₃Ge). Наименьшая критическая температура зарегистрирована ля вольфрама – 0,01 К. Имеются органические сверхпроводники критическая температура которых около 8 К. Высокую критическую температуру перехода в сверхпроводящее состояние имеют оксидные соединения, у которых Т_кр близка к 100 К. Ни один из щелочных или благородных металлов не является сверхпроводником.