Ізотопічний ефект

Ізотопічний ефект (Шаблон:Lang-en, Шаблон:Lang-ru)  — фізичне явище в багатьох низькотемпературних надпровідниках, яке полягає в залежності критичної температури від маси ізотопу. Ефект було відкрито незалежно Емануелем Максвелом та Чарльзом Рейнольдсом в 1950 році.

Значення показника α для різних надпровідників згідно з ,
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
Гідрид лантану (LaH10)	0.46
Диборид магнію (MgB2)	0.32, 0.30
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:

$T_c{M}^{\alpha }=\text{const}$,

де $T_c$ — критична температура надпровідника (тобто значення температури, при якій матеріал переходить у надпровідний стан), а $M$ — маса ізотопу. Оскільки $T_c$ пропорційна критичному магнітному полю $H_c$, то між $M$ та $H_c$ 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 $\alpha$ для більшості моноатомних речовин приблизно дорівнює $1/2$. Це значення передбачає теорія БКШ, оскільки згідно з цією теорією $T_c$ пропорційне характеристичній частоті фононів (за умови нехтування кулонівським відштовхуванням). В свою чергу закон дисперсії фононів в моноатомному ланцюжку пропорційний $M^{-1/2}$, що і пояснює значення $\alpha$ зокрема для ртуті, талію та кадмію.

Відхилення від значення $\alpha =1/2$ для деяких перехідних металів (зокрема занулення $\alpha$ 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 $\alpha$ для фулеренів.

Література

• Шаблон:Cite book

• Шаблон:Cite book

Див. також

• Надпровідність