вещества, у которых при охлаждении ниже определённой критической температуры Т_к электрическое сопротивление падает до нуля, т. е. наблюдается Сверхпроводимость. За исключением Cu, Ag, Au, Pt, щелочных, щелочноземельных и ферромагнитных металлов, большая часть остальных металлических элементов является С. (см. Металлы). Элементы Si, Ge, Bi становятся С. при охлаждении под давлением. В сверхпроводящее состояние может переходить также несколько сот металлических сплавов и соединений и некоторые сильно легированные полупроводники. Следует отметить, что существуют сверхпроводящие сплавы, в которых отдельные компоненты или даже все компоненты сплава сами по себе не являются С. Значения Т_к почти для всех известных С. лежат в диапазоне температур существования жидкого водорода и жидкого гелия (температура кипения водорода Т_кип = 20,4 К).

Вторым важнейшим параметром, характеризующим свойства С., является величина критического магнитного поля (См. Критическое магнитное поле) Н_к, выше которого С. переходит в нормальное (несверхпроводящее) состояние. С ростом температуры значение Н_к монотонно падает и обращается в нуль при Т ≥ Т_к. Максимальное значение Н_к = H₀, определённое из экспериментальных данных путём экстраполяции к нулю абсолютной температурной шкалы, для ряда С. приведено в таблице.

Самой высокой из известных (1974) Т_к обладает соединение Nb₃Ge, приготовленное по специальной технологии.

Несмотря на то, что принципиальные причины возникновения сверхпроводимости твёрдо установлены, современная теория не даёт возможности рассчитать значения Т_к или Н_к для известных С. или предсказать их для нового сверхпроводящего сплава. Однако в результате накопления экспериментального материала был установлен ряд эмпирических закономерностей, позволяющий определить направление поисков сплавов с высокими

Температура перехода сверхпроводящее состояние критическое магнитное поле для ряда металлов, полупроводников, сплавов и соединений

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

| | Вещество | Критическая | Критическое поле Н₀, э |

| | | температура Т_К, К | |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| | Свинец | 7,2 | 800 |

| |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| | Тантал | 4,5 | 830 |

| |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Сверхпроводники 1 | Олово | 3,7 | 310 |

| рода |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| | Алюминий | 1,2 | 100 |

| |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| | Цинк | 0,88 | 53 |

| |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| | Вольфрам | 0,01 | 1,0 |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| | Ниобий | 9,25 | 4000 |

| |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| | Сплав 65 БТ (Nb-Ti-Zr) | 9,7 | ≈100000 |

| |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| | Сплав NiTi | 9,8 | ≈100000 |

| |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| | V₃Ga | 14,5 | ≈350000 |

| |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Сверхпроводники 2 | Nb₃Sn | 18,0 | ≈250000 |

| рода |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| | (Nb₃AI)₄Nb₃Ge | 20,0 | - |

| |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| | Nb₃Ge | 23 | - |

| |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| | GeTe* | 0,17 | 130 |

| |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| | SrTiO₃* | 0,2-0,4 | ≈300 |

| |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| | Pb_1,0Mo_5,1S₆ | ≈15 | ≈600000 |

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

* Выше Т_к: эти соединения Полупроводники. 1 э = 79,6 а/м.

Несмотря на то, что принципиальные причины возникновения сверхпроводимости твёрдо установлены, современная теория не даёт возможности рассчитать значения Т_к или Н_к для известных С. или предсказать их для нового сверхпроводящего сплава. Однако в результате накопления экспериментального материала был установлен ряд эмпирических закономерностей, позволяющий определить направление поисков сплавов с высокими Т_к и Н_к. Важнейшие из этих закономерностей, известные под названием правил Маттиаса (установлены Б. Т. Маттиасом, США, 1955), сводятся к следующему: наибольшая Т_к наблюдается у сплавов с числом 2 валентных электронов на атом Сверхпроводники3, 5, 7, причём для каждого z предпочтительней свой тип кристаллической решётки. Кроме того, Т_к растет с увеличением объёма и падает с ростом массы атома. По своим магнитным свойствам все С. разделяются на две группы: С. 1-го рода, для которых проникновение магнитного поля Н в сверхпроводник цилиндрической формы, расположенный вдоль поля, происходит скачком одновременно с появлением электрического сопротивления при Н ≥ Н_к; С. 2-го рода, для которых проникновение продольного магнитного поля в аналогичных условиях начинается в значительно меньших полях (до появления сопротивления). Соответственно для С. 2-го рода различают нижнее критическое поле Н_к1, при котором начинается проникновение магнитного поля, и верхнее критическое поле Н_к2, при котором магнитное поле полностью проникает в объём С., а электрическое сопротивление приобретает значение, характерное для нормального состояния. (В таблице для С. 2-го рода приведены значения Н_к2.) С. 1-го рода являются все чистые сверхпроводящие металлы, за исключением V и Nb, и некоторые сплавы с низким содержанием одного компонента. Группа С. 2-го рода более многочисленна. Сюда относится большинство соединений с высокими Т_к, таких как V₃Ga, Nb₃Sn, и сплавы с высоким содержанием легирующих примесей.

Среди С. 2-го рода выделяют группу жёстких сверхпроводников. Для этих материалов характерно большое количество дефектов структуры (неоднородности состава, вакансии, дислокации и др.), которые возникают благодаря специальной технологии изготовления. В жёстких С. движение магнитного потока сильно затруднено дефектами и кривые намагничивания обнаруживают сильный Гистерезис. По тем же причинам в этих материалах сильные постоянные электрические токи могут протекать без потерь, т. е. без сопротивления, вплоть до близких к Н_к2 полей при любой ориентации тока и магнитного поля. Следует отметить, что в идеальном С., полностью лишённом дефектов (к этому состоянию можно приблизиться в результате длительного отжига сплава), при любой ориентации поля и тока, за исключением продольной, сколь угодно малый ток будет сопровождаться потерями на движение магнитного потока уже при Н > Н_к1. Нижнее критическое поле Н_к1 обычно во много раз меньше Н_к2. Поэтому именно жёсткие С., у которых электрическое сопротивление практически равно нулю вплоть до очень сильных полей, представляют интерес с точки зрения технических приложений. Их применяют для изготовления обмоток магнитов сверхпроводящих (См. Магнит сверхпроводящий) и других целей. Существенным недостатком жёстких С. является их хрупкость, сильно затрудняющая изготовление из них проволоки или ленты для обмоток сверхпроводящих магнитов. Особенно это относится к соединениям с самыми высокими значениями Т_к и Н_к типа V₂Ga, Nb₃Sn, Pbi_1,0Mo_5,1S₆. Изготовление сверхпроводящих магнитных систем из этих материалов представляет собой сложную технологическую задачу.

Лит.: Сверхпроводящие материалы. [Сб. ст.], пер. с англ., М., 1965; Металловедение сверхпроводящих материалов, М., 1969.

И. П. Крылов.