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Supraleitung: Grundlagen und Anwendungen, 7. Auflage

Supraleitung: Grundlagen und Anwendungen, 7. Auflage

Werner Buckel, Reinhold Kleiner

ISBN: 978-3-527-66869-4

Jan 2013

512 pages

Vorwort zur 7. Auflage VII

Vorwort zur 1. Auflage VIII

Einleitung 1

Literatur 9

1 Grundlegende Eigenschaften von Supraleitern 11

1.1 Das Verschwinden des elektrischen Widerstandes 11

1.2 Diamagnetismus, Flussschluche und Flussquantisierung 22

1.3 Flussquantisierung im supraleitenden Ring 31

1.4 Supraleitung: ein makroskopisches Quantenphnomen 34

1.5 Quanteninterferenzen 47

1.5.1 JosephsonstrÇme 49

1.5.2 Quanteninterferenzen im Magnetfeld 61

Literatur 74

2 Supraleitende Elemente, Legierungen und Verbindungen 77

2.1 Vorbemerkungen 77

2.1.1 Entdeckung, Herstellung und Charakterisierung von neuen Supraleitern 77

2.1.2 Konventionelle und unkonventionelle Supraleiter 78

2.2 Supraleitende Elemente 81

2.3 Supraleitende Legierungen und metallische Verbindungen 85

2.3.1 Die b-Wolfram-Struktur 85

2.3.2 Magnesium-Diborid 87

2.3.3 Metall-Wasserstoff-Systeme 88

2.4 Fulleride 90

2.5 Chevrel-Phasen und Borkarbide 91

2.6 Schwere-Fermionen-Supraleiter 94

2.7 NatÅrliche und kÅnstliche Schichtsupraleiter 96

2.8 Die supraleitenden Oxide 98

2.8.1 Kuprate 99

2.8.2 Wismutate, Ruthenate und andere oxidische Supraleiter 105

2.9 Eisenpniktide und verwandte Verbindungen 107

2.10 Organische Supraleiter 109

2.11 Supraleitung an Grenzflchen 112

Literatur 114

3 Die Cooper-Paarung 119

3.1 Konventionelle Supraleitung 119

3.1.1 Cooper-Paarung durch die Elektron-Phonon-Wechselwirkung 119

3.1.2 Der supraleitende Zustand, Quasiteilchen und die BCS-Theorie 127

3.1.3 Experimente zur unmittelbaren Besttigung der Grundvorstellungen Åber den supraleitenden Zustand 132

3.1.3.1 Der Isotopeneffekt 133

3.1.3.2 Die EnergielÅcke 136

3.1.4 Spezielle Eigenschaften der konventionellen Supraleiter 152

3.1.4.1 Der Einfluss von GitterstÇrungen auf die konventionelle Cooper-Paarung 152

3.1.4.2 Der Einfluss paramagnetischer Ionen auf die konventionelle Cooper-Paarung 158

3.2 Unkonventionelle Supraleitung 165

3.2.1 Allgemeine Gesichtspunkte 165

3.2.2 Kupratsupraleiter 171

3.2.3 Schwere Fermionen, Ruthenate und andere unkonventionelle Supraleiter 189

3.2.4 FFLO-Zustand und Mehrbandsupraleitung 195

Literatur 199

4 Thermodynamik und thermische Eigenschaften des supraleitenden Zustandes 203

4.1 Allgemeine Vorbemerkungen zur Thermodynamik 203

4.2 Die spezifische Wrme 208

4.3 Die Wrmeleitfhigkeit 211

4.4 GrundzÅge der Ginzburg-Landau-Theorie 215

4.5 Die charakteristischen Lngen der Ginzburg-Landau-Theorie 218

4.6 Typ-I-Supraleiter im Magnetfeld 224

4.6.1 Das kritische Feld und die Magnetisierung stabfÇrmiger Proben 225

4.6.2 Die Thermodynamik des Meißner-Zustands 229

4.6.3 Kritisches Magnetfeld dÅnner Schichten in einem Feld parallel zur Oberflche 233

4.6.4 Der Zwischenzustand 235

4.6.5 Die Phasengrenzenergie 239

4.6.6 Der Einfluss von Druck auf den supraleitenden Zustand 243

4.7 Typ-II-Supraleiter im Magnetfeld 247

4.7.1 Magnetisierungskurve und kritische Felder 249

4.7.2 Die Shubnikov-Phase 260

4.8 Fluktuationen oberhalb der Sprungtemperatur 272

4.9 Zustnde außerhalb des thermodynamischen Gleichgewichts 276

Literatur 282

5 Kritische StrÇme in Supraleitern 1. und 2. Art 287

5.1 Die Begrenzung des Suprastroms durch Paarbrechung 287

5.2 Typ-I-Supraleiter 289

5.3 Typ-II-Supraleiter 295

5.3.1 Ideale Typ-II-Supraleiter 296

5.3.2 Harte Supraleiter 300

5.3.2.1 Die Verankerung von Flussschluchen 300

5.3.2.2 Die Magnetisierungskurve von harten Supraleitern 305

5.3.2.3 Kritische StrÇme und Strom-Spannungs-Kennlinien 315

Literatur 324

6 Josephsonkontakte und ihre Eigenschaften 327

6.1 Stromtransport Åber Grenzflchen im Supraleiter 327

6.1.1 Supraleiter-Isolator-Grenzflchen 327

6.1.2 Supraleiter-Normalleiter-Grenzflchen 334

6.1.3 Supraleiter-Ferromagnet-Grenzflchen 341

6.2 Das RCSJ-Modell 344

6.3 Josephsonkontakte unter Mikrowelleneinstrahlung 350

6.4 Flusswirbel in ausgedehnten Josephsonkontakten 353

6.5 Quanteneigenschaften von supraleitenden Tunnelkontakten 365

6.5.1 Coulomb-Blockade und Tunneln einzelner Ladungen 365

6.5.2 Flussquanten und makroskopische Quantenkohrenz 371

Literatur 377

7 Anwendungen der Supraleitung 381

7.1 Supraleitende Magnetspulen 383

7.1.1 Allgemeine Aspekte 383

7.1.2 Supraleitende Kabel und Bnder 384

7.1.3 Spulenschutz 395

7.2 Supraleitende Permanentmagnete 397

7.3 Anwendungen fÅr supraleitende Magnetspulen 399

7.3.1 Kernspinresonanz 399

7.3.2 Kernspintomographie 403

7.3.3 Teilchenbeschleuniger 404

7.3.4 Kernfusion 406

7.3.5 Energiespeicher 408

7.3.6 Motoren und Generatoren 411

7.3.7 Magnetische Separatoren und Induktionsheizer 413

7.3.8 SchwebezÅge 416

7.4 Supraleiter fÅr die LeistungsÅbertragung: Kabel, Transformatoren und Strombegrenzer 417

7.4.1 Supraleitende Kabel 417

7.4.2 Transformatoren 419

7.4.3 Strombegrenzer 421

7.5 Supraleitende Resonatoren und Filter 423

7.5.1 Das Hochfrequenzverhalten von Supraleitern 424

7.5.2 Resonatoren fÅr Teilchenbeschleuniger 429

7.5.3 Resonatoren und Filter fÅr die Kommunikationstechnik 430

7.6 Supraleiter als Detektoren 435

7.6.1 Empfindlichkeit, thermisches Rauschen und StÇreinflÅsse 436

7.6.2 Inkohrente Strahlungs- und Teilchendetektion: Bolometer und Kalorimeter 438

7.6.3 Kohrente Strahlungsdetektion und -erzeugung: Mischer, Lokaloszillatoren und integrierte Empfnger 442

7.6.4 Quanteninterferometer als Magnetfeldsensoren 450

7.6.4.1 SQUID-Magnetometer: Grundlegende Konzepte 451

7.6.4.2 StÇrsignale, Gradiometer und Abschirmungen 462

7.6.4.3 Anwendungen von SQUIDs 465

7.7 Supraleiter in der Mikroelektronik 471

7.7.1 Spannungsstandards 471

7.7.2 Digitalelektronik mit Josephsonkontakten 474

Literatur 480

Monographien und Stoffsammlungen 487

Stichwortverzeichnis 491