Temperature di transizione
La stragrande maggioranza dei superconduttori noti ha temperature di transizione comprese tra 1 K e 10 K. Degli elementi chimici, il tungsteno ha la temperatura di transizione più bassa, 0,015 K e il niobio il più alto, 9,2 K. La temperatura di transizione è generalmente molto sensibile a la presenza di impurità magnetiche. Alcune parti per milione di manganese in zinco, ad esempio, riducono notevolmente la temperatura di transizione.
Conducibilità termica e termica specifica
Le proprietà termiche di un superconduttore possono essere confrontate con quelle dello stesso materiale alla stessa temperatura nello stato normale. (Il materiale può essere forzato allo stato normale a bassa temperatura da un campo magnetico abbastanza grande.)
Quando una piccola quantità di calore viene immessa in un sistema, parte dell'energia viene utilizzata per aumentare le vibrazioni del reticolo (una quantità uguale per un sistema nello stato normale e in stato superconduttore) e il resto viene utilizzato per aumentare l'energia degli elettroni di conduzione. Il calore specifico elettronico (C e) degli elettroni è definito come il rapporto tra quella porzione di calore utilizzata dagli elettroni e l'aumento della temperatura del sistema. Il calore specifico degli elettroni in un superconduttore varia con la temperatura assoluta (T) nello stato normale e superconduttore (come mostrato nella Figura 1). Il calore specifico elettronico nello stato superconduttore (indicato con C es) è più piccolo che nello stato normale (indicato con C en) a temperature abbastanza basse, ma C es diventa più grande di C en quando si avvicina la temperatura di transizione T c, a quel punto si scende bruscamente a C en per superconduttori classici, anche se la curva ha una forma a cuspide vicino T c per high-T c superconduttori. Misurazioni precise hanno indicato che, a temperature considerevolmente inferiori alla temperatura di transizione, il logaritmo del calore specifico elettronico è inversamente proporzionale alla temperatura. Questa dipendenza dalla temperatura, insieme ai principi della meccanica statistica, suggerisce fortemente che esiste una lacuna nella distribuzione dei livelli di energia disponibili per gli elettroni in un superconduttore, quindi è necessaria un'energia minima per l'eccitazione di ciascun elettrone da uno stato inferiore il divario con uno stato al di sopra del divario. Alcuni dei alta T c superconduttori fornire un ulteriore contributo al calore specifico, che è proporzionale alla temperatura. Questo comportamento indica che esistono stati elettronici a bassa energia; ulteriori prove di tali stati sono ottenute da proprietà ottiche e misurazioni di tunneling.
Il flusso di calore per unità di area di un campione è uguale al prodotto della conducibilità termica (K) e al gradiente di temperatura △ T: J Q = -K △ T, il segno meno indica che il calore fluisce sempre da una regione più calda a una più fredda di Una sostanza.
La conduttività termica nello stato normale (K n) si avvicina alla conduttività termica nello stato superconduttore (K s) mentre la temperatura (T) si avvicina alla temperatura di transizione (T c) per tutti i materiali, siano essi puri o impuri. Ciò suggerisce che il gap di energia (Δ) per ogni elettrone si avvicina allo zero quando la temperatura (T) si avvicina alla temperatura di transizione (T c). Ciò spiegherebbe anche il fatto che il calore specifico elettronico nello stato superconduttore (C es) è superiore rispetto allo stato normale (C en) vicino alla temperatura di transizione: quando la temperatura viene aumentata verso la temperatura di transizione (T c), il divario energetico nello stato superconduttore diminuisce, aumenta il numero di elettroni eccitati termicamente e ciò richiede l'assorbimento di calore.
