В.В. Шмидт - Введение в физику сверхпроводников, страница 2

К. Лихареву за обсуждение некоторых вопросов физики сверхпроводников и за его конструктивную критику рукописи этой книги. 1981-82 гг. Москва — Черноголовка Оглавление 1Х Х1 Предисловие ко второму изданию Предисловие к первому изданию . 1. ВВЕДЕНИЕ 9 12 2.2 2.3 17 18 18 19 21 22 24 Основные экспериментальные факты....... 1.1. Открытие сверхпроводимости, Сверхпроводящие элементы и соединения........ 1.2. Квантование магнитного потока...... 1.3. Эффекты Джозефсона............

1.4. Эффект Мейсснера- Оксенфельда..... Магнитные свойства сверхпроводников....., 2.1. Магнитные свойства сверхпроводников первого рода . Промежуточное состояние.......... Магнитные свойства сверхпроводников второго рода Термодинамика сверхпроводников......... 3.1.

Критическое поле массивного материала (критическое термодинамическое магнитное поле) 3.2. Энтропия сверхпроводника 3.3. Теплоемкость 3.4. Свободнзл энергия Очерк развития теории сверхпроводимости 1У ОГЛАВЛЕНИЕ ЛИНЕЙНАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА СВЕРХПРОВОДНИКОВ 3 5. Уравнения Лондонов . 5.1.

Первое уравнение Лондонов......... 5.2. Второе уравнение Лондонов......... ;1 6. Глубина проникновения магнитного поля 3 7. Нелокальная электродинамика сверхпроводников 3 8. Квантовое обобщение уравнения Лондонов. Квантование магнитного потока 8.1. Квантовое обобщение уравнения Лондонов 8.2. Квантование магнитного потока...... 39. Распределение поля и тока в простейших конфигурациях сверхпроводников............. 9.1. Пластина в параллельном поле 9.2.

Пластина с током............... 9,3. Пластина с током в однородном поперечном магнитном поле .........., ..... 9.4. Пленка над экраном 9.5. Принцип замыкания 3 10. Кинетическая индуктивность 3 11. Комплексная проводимость сверхпроводника 312. Скин-эффект и поверхностный импеданс..... 12.1. Нормальный скин-эффект.......... 12.2. Поверхностный импеданс П 30 30 31 31 34 36 39 39 40 43 43 45 46 47 50 53 56 58 58 59 62 62 65 65 67 71 73 73 П1. ТЕОРИЯ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ ГИНЗБУРГА — ЛАНДАУ 3 13.

Введение .. 314. Уравнения теории Гинзбурга-Ландау 14.1. Плотность свободной энергии........ 14.2. Уравнения Гинзбурга-Ландау (ГЛ) 14.3. Градиентная инвариантность теории ГЛ 3 15. Два характерных масштаба длины в сверхпроводниках. Эффект близости 15.1. Длина когерентности и глубина проникно- вения ОГЛАВЛЕНИЕ 816 317 318 79 87 92 97 97 102 108 1«~.

СЛ 3 20. 3 21. 8 22. 112 112 115 3 23' 324 146 149 15.2. Эффект близости Энергия границы раздела между нормальной и сверхпроводящей фазами Критическое поле тонкой пленки Критический ток тонкой пленки.......... 3 19*. Флуктуационные эффекты вблизи сверхпроводя- щего перехода .

19.1. Оценка ширины флуктуационной области 19.2. Флуктуационные эффекты в окрестности Т, 19.3. Парапроводимость (эффект Асламазова— Ларкина) .. АБАЯ СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ Фазовая когерентность и виды слабых связей .. Стационарный эффект Джозефсона........ Нестационарный эффект Джозефсона. Резистивные характеристики джозефсоновских переходов 22.1.

Джозефсоновская генерация 22.2*. Критический ток и «ток возврата«джозефсоновского перехода с емкостью Флуктуации критического тока. Макроскопическое квантовое туннелирование 23.1. Тепловые флуктуации критического тока в джозефсоновском переходе 23.2. Макроскопические квантовые эффекты .. 23.3. Макроскопическое квантовое туннелирование и когерентность Отклик джозефсоновского перехода на внешнее магнитное поле .. 24.1. Уравнение Феррелла — Прейнджа...... 24.2.

Проникновение магнитного поля в переход. Джозефсоновские вихри........... 24.3. Максимальный бездиссипативный ток джозефсоновского перехода. Сильное магнитное поле 122 122 127 133 133 135 139 142 143 ОГЛАВЛЕНИЕ 325 326 Сверхпроводящие квантовые интерферометры (сквиды) 25.1. Двухконтактный сквид 25.2.

Одноконтактный сквид Применения слабой сверхпроводимости...... 153 153 157 166 'Ч. СВ 3 27. 3 28. 3 29. 3 30. 3 31. 3 32. 171 171 174 177 181 184 187 191 195 203 206 206 ЦЗЗ 3 35* 3 36* 213 216 3 37' 3 38. 219 223 228 231 5 40. 3 41* ЕРХПРОВОДНИКИ ВТОРОГО РОДА Введение .. Поле одиночного вихря Первое критическое поле Взаимодействие вихрей Второе критическое поле Обратимый магнитный момент сверхпроводника второго рода Поверхностная сверхпроводимость, Третье критическое поле Поверхностный барьер. Перегрев мейсснеровского состояния............. Анизотропные сверхпроводники П рода Разрушение сверхпроводимости в тонкой пленке тепловыми вихрями 36.1.

Фазовый переход Березинского — Костерлица — Таулеса 36.2. Вольт-амперные характеристики вблизи БКТ-перехода .. Плавление решетки вихрей............. Критический ток в сверхпроводниках второго рода. Критическое состояние............. Взаимодействие вихрей с центрами пиннинга .. 39.1. Взаимодействие вихрей с плоской поверхностью сверхпроводника............ 39.2. Взаимодействие вихря с полостью в сверхпроводнике .. Резистивное состояние Коллективный пиннинг вихрей слабыми дефек- тами ОГЛАВЛЕНИЕ ЧН 236 239 244 323 324 326 330 41.1. Одиночный вихрь в поле слабых примесей 41.2. Коллективный пиннинг вихревой решетки 342*.

Крин магнитного потока н нелинейная проводимость в ВТСП Ч1. МИКРОСКОПИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ 3 43. Введение. Электрон-фононное взаимодействие 344. Основное состояние сверхпроводника....... 44.1. Распределение электронов в основном состоянии 44.2. Энергия основного состояния .... 345. Спектр элементарных возбуждений сверхпроводника 45.1. Энергетическая щель.............

45.2. Плотность состояний элементарных возбуждений сверхпроводника и длина когерентности .. 45.3. Зависимость величины энергетической щели от температуры .............. 3 46. Туннельные эффекты в сверхпроводниках.... 46.1. Туннельные характеристики 46.2*. Энергия связи Я1Б-перехода и температурная зависимость критического тока.... 3 47*.

Связь сверхпроводников через ферромагнетик 3 48", Эффект четности в сверхпроводниках 3 49*. Сверхпроводники с нетривиальным спариванием 850. Незатухающий ток и эффект Мейсснера-Оксенфельда 3 51. Связь микротеории с теорией Гинзбурга- Ландау Ъ П. НЕКОТОРЫЕ НЕРАВНОВЕСНЫЕ Э<ХмЬЕКТЫ В СВЕРХПРОВОДНИКАХ з 51. Квазичастицы: электроны и дырки 8 52. Заряд квазичастицы в сверхпроводннке 3 53. Время релаксации заряда квазнчастиц 255 255 259 259 265 269 269 272 274 279 280 285 292 301 307 314 320 ЫН ОГЛАВЛЕНИЕ 354 331 355*. Проводимость Я1Ф-структур при низких темпе- 340 371 377 379 394 356 357 358 359 360 361 Андреевское отражение. Андреевские уровни в ЯФЯ-переходе ратурах.

Андреевский интерферометр Разбаланс заселенностей ветвей спектра элементарных возбуждений и электрическое поле в сверх- проводнике 349 Экспериментальное исследование неравновесного состояния сверхпроводника около МЯ-границы . 356 57.1. Опыты Ю и Мерсеро............. 356 57.2. Избыточное сопротивление ЛЯ-границы . 359 57.3. Центры проскальзывания фазы....... 361 Неравновесное усиление сверхпроводимости... 365 Продольный термоэлектрический эффект (эффект Зеебека) в сверхпроводниках ........ 366 Сверхпроводящая «термопарае и магнитный поток, индуцированный потоком тепла.......

368 Термоэлектрические эффекты в джозефсоновских переходах и сверхпроводниках П рода со слабым пиннингом 371 61.1. Джозефсоновский ЯМБ-переход в потоке тепла 61.2. Влияние магнитного поля на термоэлектрические явления в джозефсоновских Я%Я-переходах . 374 61.3*. Термоэлектрические эффекты в смешанном состоянии сверхпроводников П рода со слабым пиннннгом Литература .. Предметньгй указатель ГЛАВА 1 ВВЕДЕНИЕ 9 1. Основные экспериментальные факты 1.1. Открытие сверхпроводимости. Сверхпроводящие элементы и соединения. Сверхпроводимость была открыта в 1911 г, в Голландии в Лейденской лаборатории.

Камерлинг-Оннес,изучая зависимость злектросопротивления ртути от температуры, обнаружил, что при температуре около 4 К сопротивление образца внезапно исчезло и не было обнаружено при всех достижимых температурах ниже этой [9]. Важно, что сопротивление исчезало не постепенно с уменьшением температуры, а сразу, скачком. Стаю ясно, что образец перешел в какое-то новое, до тех пор неизвестное состояние, в котором он не имеет электрического сопротивления.

Это явление было названо сверхпроводимостью. Все попытки обнаружить хоть какие-то следы сопротивления у массивных сверхпроводников ни к чему не привели. Используя современные чувствительные приборы, мы можем утверждать, что сопротивление сверхпроводников отсутствует по крайней мере на уровне 10 ~~ Ом см. Для сравнения укажем, что удельное сопротивление очень чистой меди при температуре 4.2К имеет порядок 10 ~ Ом см. Вскоре после открытия сверхпроводимости ртути было обнаружено, что этим свойством обладают и некоторые другие 2 ГЛ.

1. ВВЕДЕНИЕ металлы: олово, свинец, индий, алюминий, ниобий и др. (см. табл.1.1). Сверхпроводниками оказались и многие сплавы и интерметзллические соединения. Так, до 1986 г. рекордные температуры существования сверхпроводимости (около 20 К) наблюдались именно на интерметаллических соединениях (см. табл. 1.2). Открытие в 1986-1993 гг. ряда высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) далеко отодвинуло температурную границу сверхпроводимости и позволило изучать и практически использовать сверхпроводящие материалы не только при температуре кипения жидкого гелия (4.2 К), но и при температуре кипения жидкого азота (77 К), гораздо более дешевой криогенной жидкости. Таблица 1.1. Критические злементов-сверхпроводни ритические магнитные поля температуры и к ков [10).

Н, (0),Э 104.9 ~ 0.3 28 ~ 1 59.2 ~ 0.3 Элемент Т„К 411~ 2 339 281.5 х 2 16 ~ 0.05 800 ~ 10 1096, 1600 ( 400 96 ~ 3 2060 ~ 50 70 803 ~ 1 200 ~ 5 69 ~ 2 305 ~ 2 А! Ве Сд ба НГ Н8 (о) Н8 (Д) 1в 1г Ьа (а) 1 а (~3) Еп Мо ХЬ Ов Ра РЬ Не Ни Яп 1.175 ~ 0.002 0.026 0.517 ~ 0.002 1.083 ~ 0.001 0.128 4.154 х 0.001 3.949 3.408 ~ 0.001 0.1125 х 0.001 4.88 ~ 0.02 6.00 ~ 0.1 0.1 0.915 ~ 0.005 9.25 ~ 0.02 0.66 ~ 0.03 1.4 7.196 ~ 0.006 1.697 ~ 0.006 0.49 ~ 0.015 3. 722 х 0.001 1 Ь ОСНОВНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ФАКТЫ Температура, при которой происходит переход из нормального состояния в сверхпроводящее, называется критической и обозначается T,.