При снижении температуры в металлических проводниках уменьша­ется амплитуда ангармонических тепловых колебаний узлов кристалличе­ской решетки. Вследствие этого уменьшается вероятность столкновения дрейфующих под действием электрического поля электронов с этими уз­лами, и величина сопротивления проводника уменьшается (см. формулу (7.1.)).

При достижении критических температур (ниже 100 K) удельная про­водимость металлов возрастает в сотни и тысячи раз по сравнению с про­водимостью при нормальной температуре. Подобное явление получило название криопроводимости или гиперпроводимости, а материалы, обладающие этими свойствами соответственно называют криопроводниками или гиперпровод­никами.

Для достижения особо высоких значений криопроводимости необхо­дима высокая частота поля и минимальное число искажений кристаллической решетки металла.

В качестве криопроводников наибольшее применение находят медь, алюминий и бериллий.

Как уже отмечалось, при снижении температуры удельное сопротив­ление металлов уменьшается. Представляет большой интерес электропро­водность металлов при температурах, близких к абсолютному нулю.

В 1911 году голландский ученый Г. Каммерлинг-Оннес обнаружил, что при охлаждении до температуры 4,2 К сопротивление кольца из замо­роженной ртути внезапно падает практически до нуля. Это исчезновение электрического сопротивления, т.е. появление бесконечной удельной про­водимости материала, было названо сверхпроводимостью.

Температура, при которой совершается переход вещества в сверхпро­водящее состояние, называют температурой сверхпроводящего перехода (T_кр). Переход в сверхпроводящее состояние является обратимым.

В дальнейшем помимо ртути явление сверхпроводимости было обна­ружено и у других материалов. Такие материалы получили название сверхпроводников. В настоящее время известно 27 простых сверхпроводников (чистых металлов) и более тысячи сложных (сплавов и соединений). Параметры не­которых сверхпроводников приведены в табл. 7.2.

Таблица 7.2 Ориентировочные значения свойств некоторых сверхпроводников

Если сверхпроводники поместить в магнитное поле, то при достиже­нии критического значения напряженности (Н_кр) состояние сверхпроводи­мости разрушается. Это может быть вызвано также магнитным полем кри­тического тока (I_кр), проходящего по сверхпроводнику.

Очень важным свойством сверхпроводников является эффект вытес­нения постоянного магнитного поля из объема сверхпроводника.

В зависимости от поведения в магнитном поле выделяют два основ­ных типа сверхпроводников:

· сверхпроводники I рода (мягкие) характеризуются резким переходом в сверхпроводящее состояние при одном (фиксированным) значением Н_кр. При этом происходит полное вытеснение магнитного поля из объема сверхпроводника;

· сверхпроводники II рода (твердые) характеризуются при переходе в сверхпроводящее состояние двумя значениями Н_кр1 и Н_кр2. Область Н_кр1 – Н_кр2 соответствует смешанному состоянию проводимости материала (сверхпроводимости и криопроводимости) и частичному вытеснению маг­нитного поля из объема материала.

Необходимо отметить, что термины «мягкий» и «твердый» не характери­зует механических свойств материалов. Эти термины связаны с малым значением Н_кр у «мягких» и высоким значением Н_кр у «твердых» сверх­проводников.

Для конкретного сверхпроводника каждому значению T_i (T_i < T_кр) со­ответствует свое значение H_i (H_i < H_кр). Совокупность значений T_i и H_i раз­граничивают области сверхпроводящего состояния и состояния обычной проводимости материала.

Физическая сущность явления сверхпроводимости весьма сложна и до конца не изучена. При рассмотрении этого явления необходимо учитывать зонную теорию твердых тел и квантово-механические представления.