Г.А. Миронова - Конденсированное состояние вещества - от структурных единиц до живой материи. Т1 (1119317), страница 77
Текст из файла (страница 77)
(92) о гле х — коорлината. нормальная к поверхности, В(О) — магнитная индукцня на поверхности сверхпроводника (рис. 9-2). Величина )~в зависит от температуры. В области температур от 0 ло 0,7 К она изменяется слабо, а затем при повышении температуры быстро возрастает, обращаясь в бесконечность при Т вЂ” Т, Глубина проникновения магнитной индукции при Т =0 К по порядку величины составляет у РЬ,Бп,НЬ,А1,НВ от400Лдо5ООА; уТ! — 920А,УСс( — 1ЗООА.
сань »«сти»п»озя элещприче«о «спи вбъ- «ключе» и При переменое поле равно сверхпроволя н слое тол- ~ (н Н роля ники раздела- 0 ю рных класса 1'в сверхпроводнпкн 1 н сверхпроводники Н рода. В основе класспфихации лежит зависимость намагниченности сверхпроводнпка М от величины напряженности Н приложенного внешнего магнитного поля (рис.
9 — 3 а). Как уже отмечалось полному эффекту Мсйснера соответствует состояние идеального 0 диамагнетизма, когла В=р«(Н+ М)= = 0 внутри сверхпроводника и М = -Н (рис.9-3а). У сверхпроводников 1 рода 1М ~ возрастает пропорционально величине напря;кенности поля и затем прп значении поля Н, резко обращаетс Н, называется термодинамическим критическим полем. Рис.9-2. Уменьшение шшукпии магнитного поля В от значения на поверх- ности В(0) при.т=оло нуля прях ш я в нуль. Поле Н,1 Ис Н«2 б Нс2 Нс! Нс а ис.
9-3. Зависимость магнитного момента М (а) и магнитной индукции В (б) ат апряженности Н внешнего магнитного поля для сверхпроводников 1 и П родов 442 ЧАСТЬ Н у",2 )Х Сверхпроводимость 443 Нормальные сердцевины имеют вид длинных тонких цилиндров, вытянутых вдоль линий внешнего поля. В поле Н„вихри появляются. Прп увеличении поля Н в интервале Н„< Н< Нм число вихрей растет.
Когда вихревые токи начинают перекрываться. они образуют правильную треугольную решетку (рис. 9 — 5). Вещество между вихрями находится в сверхпроводящем состоянии: В = О. д= О. В поле Нс вихри начинают соприкасаться сердцевинами, находяздимися в нормальном состоянии (период решетки (рис. 9 — 5) становится порядка 2б), что приводит к исчезновению сверхпроводимости.
К сверхпроводникам 11 рода относятся сплавы и все высокотемпературные сверхпроводники. В9.5. Критические магнитные поля Диаграмма критических полей приведена на рис.9-б. Пунктирная кривая относится к сверхпроводникам 1 рода, сплошные кривые — к сверхпроводннкам И рода. Зависимость Н, от Т (в первом приближении) апроксимируется параболой 2шз Ф„= = 2,07-10 4 об (2в) 2 1041 2) 2 Н (Т) = Н (О) 1 — —, (9.4) (Т1 К свсрхнроводшгьам 1 рода относлтся всс элементарные свсрхпро водники и некоторые сплавы стехцомстрического состава.
У сверхпроволников Н рода ~ М ~ в области слабьш полей возрастает пропорционально Н. что указывает на наличие полного эффекта Мейсне рв. а затем прн поле Н„зависимость И(Н) отклоняется от линейной. ~ М ~ начинает уменьшаться, обращаясь в нуль прн поле Нкь Поле Н„называется первым критическим полем, поле Нс — вторым критическим по лем. 9.4.3. Вихри Абрикосова В интервале полей Н„< Н < Н„сверхлроводник 11 рода находится в смешанном состопнии (фаза Шуоиикова): магнитное поле проникает в свсрхпроводнцк в виде нитей магнитного потока, окруженных вихревыми токами, экранирующими на ллине -) в проникновение магнитного поля пити в свсрхпроводящую матрицу (рис. 9 — 4).
Такие образования получили название вихрей Абрикосова. Каждый вихрь несет квант магнитною по- тока Рис. 9 — 4. Вихрь Лбрикссова. Сердцевина (керн. заштрихованный ца рис.) вихря диамстрол1 2ф нахолягиаяся в нормальном (иссасрхцроволяшсм) состоянии, пронизана силовыми лншими вцсшпсго магнитного поля с и~лукиной Вс.
Мапзитлая инлукция прцблюитсльио экспонсицнальцо умсцынастся при удало~ни от керна г> с (34 — глубина проникновения магнитного поля вглубь сверхпроволника), благодаря экраняруюшсму действию вихревых сверхпроводящих токов плотностью),.
(Т) ~а) СО О Рнс. 9 — 5. Смешанное состояцис свсрхнроволцика В рода. Вихри, нормаль- 4 лыс сердцевины которых заштрихонао б(!',-)"" "'-'-"""" -" свсрхпроаоляшсй матрице вещества где Н,(0) — значение критического поля при Т = О. У сверхпроводников 1 рода в полях, меньших Н,(7), электрическое удельное сопротивление д и магнитная индукция В равны нулю. У сверхпроводников 11 рода в полях, меньших Н„(7) я и В тоже равны нулю. В интервале полей между кривыми Н„(Т) и Н,2(7) индукция В внутри образца не равна нулю. Но, что очень важно для практических приложений, электрическое сопротивление продолжает оставаться равным нулю (я = О). У сверхпроводников П рода существует еще третье критическое поле Нм, связанное с поверхностной сверх- о г, Рис. 9-6.
Зависимости критических полей от тсмпсратуры: Н, — для сверхвроводцикон ! родя и Нв — 1! Роза. 1!Ри значениях полсй и температур в области ниже кривых Н, лля свсрхпроволциков ! рода и Но — П рола наблюдается полный эффекг Мсйснсра (В =О) и удсльнос сопротивление равно иулго (я = О). Область лзсжду кривыми Н„и Н соответствует смешшшому состоянию в сверхпроволниках Н рода. когла дно, а с =О.
В области мсжлу кривыми Н, и Но обьсмная сверхпроводимость исчсзаез (Ве0, я ео). цо в узком слое толщиной 4 вблизи поверхности проволника сун!есгвтст нонсртлостная сверхпроводимость и 1 ЧАСТЬ Н проводимостью. В интервале полей между Н,т(Т) и Нт/(Т) в толще образца Я = со (дя — Удельное сопРотивленис в ноРмальном состоЯнии) и В = Р П Сверхпроводимость сохраняется в очень тонком, су/цсствснпо меньшем Лв, слое толщиной Р на поверхности образцов. Величина третьего критического поля Н - = 1,7Н . У сверхпроводников 1 рода Н,(О) не превышает -1кЭ (за исключением ЫЬ).
У свсрхпроводникоп 11 рода Нгз(0) имеют следующие значения: ЫЬ35п — 210 кэ. УзС/з — 250 кЭ, ИЬ/А1 — 325 кЭ, РЫМо,DŽ— 600 кЭ. У ВТСП керамнк Р(,т > 1О кЭ. Гигантские значения критических полей у сверхпроводпиков 11 рода позволяют использовать их для создания сверхпроводящих систем, гснсрируюц1пх в практически неограниченных объемах л/зг//итные поля с напряженностью -10 Э н более, на поддержание которых не требуется энергии. В9.б.
Критический ток 9.б,1. Сверхпроводнпки 1 рода В сверхпровод/птах ! Рада величина критического тока 7,, при котором исчезает сверхпроводимость, определяется правилом Сильсби: сверхпроводимость разрушается при таком значении тока, при котором магнитное поле, создаваемое токах/ на поверхности образца, достигает критического значения Н,. Ддя цилиндрического образца ралиуса гс, вдоль осп которого течет ток 7, напряженность магнитного поля на поверхности равна Н(/Ь 7 = (1/4/г)(21/г//). Заменяя Н(гс) ца Н„а l нас,, находим (9.5) уг =гп,Н, При Н;5.10~ А/м, гя = 0,1 см з', = 300 А.
Этот ток течет в поверхност//олт слое толщиной Лв. Дпя Лв = 400 А плотность критического тока составляет /г =./г/(гпгогй) = !О' Аlм! 9.6.2. Свсрхпроводники П рода В свгрхпроводпиках и ро/)а ситуация принципиально другая. Рас смотрим пластинку из свсрхпроводника П рода (рис.9 — 7 а), по которой течет сверхпроводящий транспортный ток плотности 3,, Ток течет в по верхностном слое Лв по правой и левой сторонам пластинки и создает на поверхности пвастинкн мапттнос поле с ицдукцией В.
При увеличении тока, когда поле на поверхности пластинки достигнет значения Н„ (строг" говоря. станонится немного больше Н„). вблизи поверхности (в слое шн Пт (Х. Свврхпроводииа/тпь риной ) в) образуются вихри Абрикосова, олин из которых показац на рис. 9 — 7 б. Направление магнитного потока в вихрях совпадает с направдением магнитного поля тока В.
Каждый вихрь состоит нз нормальной сердцевины (заштрихована на рис. 9-7 б) и окружающего ее вихревого сверхпроводящего тока 3„,. Вихрь обтскается транспортным (текущем в пластинке) током 3,. Рис. 9-7. По пластинке из сяерхпровояпика и рода в поверхностном снос толщины Х„ тсчсг свсрхпроводящий транспортный ток плотности ),. который создаст мзп/итнос палс с ипдукцнсй В вблизи поверхности сисрхпроволникз (а). При увеличении тока, когда напряженность мап/и/ного поля удовястворясг усзови/о Нк к Н с Н,т в поверхностном снос возникают вихри Абрикосова, нормальная ссрдцсвнпа (заштриховзпа) кагорьж окружена сясрхпроводящим вихревым током 1„, Благодаря разному (по отиопмпию к направлению транспортного тока 1,) паправлспщо вихревого тока з,„па сердцевину пихря действует сияя Р, ятягива/ощая вихрь вглубь свсрхпроводпика постный ря (9.б) Скорость сверхтекучей жидкости (транспортного тока) пропорциональна плотности тока (и, — концентрация сверхпроводящих электронов): У мУ = — 'г — /т Н (9.7) с/1 т Разность М' слева и справа от керна обусловлена наличием вихревого сверхпроводящего тока: (9.3) М =гр,„-г/и.
Удобно рассматривать сверхпроводяший ток как течение идеальной сверхтекучей заряженной жидкости. Тогда слева от серлцсвины (ближе к поверхности пластинки) скорости движения жидкости в транспортном и вихревом токах вычитаются, справа — складываются. Согласно уравнению Бернулли для лзлтинарного течения жидкости в трубке тока з / рр /2+ Р = сопя!. (р — плотность жидкости). Чем больше скорость течения 1/, тем меньше величина гидростатического давления Р: 447 )я ТХ. СвеРхлРоводеиость 44б ЧЛСТВ и Плотность вихревого сверхпроводящего тока /„,, можно связать с магнитным потоком вихря Фо — — В.п(г) ((г) — срелний радиус вихря) Так как линейный ток ./. текущий по окружности радиусом г создает „ центре окружности магнитика индукцию В =(ра/4п)(2тс)/г), то для) имеем /,ь — В.(г) — Фо/(г).
н (9.8) запишется в виде Л !г — —. Фв (9.9) ()' Силу. дейсгвующую на керн вихря, можно считать приблизительно равной Г = ЬР (п(г)1), где à — длина цилпнлрпческого вихря. Тогда, используя (9.б), (9.7) и (9.9), получаем ЬФоь .
(9.10) Сила гидростатическога давления (9.!0) направлена внутрь пластинки перпендикулярно направлению транспортного тока и создаваемого пм магнитного поля В. Под действием этой силы вихри сыещаются внутрь пластинки. Точньш расчет показывает, что на единицу длины сердцевины вихря, сслн он обтекается каким-то сторонним током с плотносп,ю ), всегда действует сила, часто называемая силой Лоренца. равная Б =()Фо] (9.!1) При движении вихрей возникает электрическое поле, которое, по правилу Ленца, тормозит сверхпроводяшие элелтроны, что является причиной днссипации энергии транспортного тока. Днссипация эквивалентна возникновению электрического сопротивления. Бесконечная проводимость мажет существовать только прн неподвижной системе вихрей. Вихри можно остановить, если создать в образце систему неоднородностей: дислокапнй, включений нормальной фазы н т.п.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
