Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из сверхпроводника типа II )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Сверхпроводящее поведение при изменении магнитного поля и температуры. График показывает магнитный поток B в зависимости от абсолютной температуры Т . Критические плотности магнитного потока B C1 и В С2 и критической температуре Т C помечены. В нижней части этого графика сверхпроводники типа I и типа II демонстрируют эффект Мейснера (а). Смешанное состояние (b), в котором некоторые силовые линии захватываются вихрями магнитного поля, встречается только в сверхпроводниках типа II в ограниченной области графика. За пределами этой области свойство сверхпроводимости нарушается, и материал ведет себя как нормальный проводник (c).
Вихри в пленке YBCO толщиной 200 нм, полученные с помощью сканирующей СКВИД-микроскопии [1]

В сверхпроводимости , А типа II , сверхпроводник является сверхпроводником , который проявляет промежуточную фазу смешанных простых и сверхпроводящих свойств при промежуточной температуре и полях выше сверхпроводящих фаз. Он также характеризуется образованием вихрей магнитного поля с приложенным внешним магнитным полем . Это происходит выше некоторой критической напряженности поля H c1 . Плотность вихрей увеличивается с увеличением напряженности поля. При более высоком критическом поле H c2 сверхпроводимость разрушается. Сверхпроводники II типа не проявляют полного эффекта Мейснера . [2]

История [ править ]

В 1935 году Рябинин и Шубников [3] [4] экспериментально открыли сверхпроводники второго типа. В 1950 году теория двух типов сверхпроводников получила дальнейшее развитие в работе Льва Ландау и Виталия Гинзбурга по теории Гинзбурга – Ландау . [5] По их мнению, сверхпроводник типа I имел положительную свободную энергию.границы сверхпроводник-нормальный металл. Гинзбург и Ландау указали на возможность существования сверхпроводников второго рода, которые должны образовывать неоднородное состояние в сильных магнитных полях. Однако в то время все известные сверхпроводники относились к типу I, и они отметили, что не было экспериментальной мотивации для рассмотрения точной структуры сверхпроводящего состояния типа II. Теория поведения сверхпроводящего состояния II типа в магнитном поле была значительно усовершенствована Алексеем Алексеевичем Абрикосовым , который развивал идеи Ларса Онсагера и Ричарда Фейнмана о квантовых вихрях в сверхтекучих жидкостях . Решение квантового вихря в сверхпроводнике также очень тесно связано с работой Фрица Лондона поквантование магнитного потока в сверхпроводниках. Нобелевская премия по физике была присуждена теорией типа II сверхпроводимости в 2003 году [6]

Состояние вихря [ править ]

Теория Гинзбурга – Ландау ввела длину сверхпроводящей когерентности ξ в дополнение к лондонской глубине проникновения магнитного поля λ . Согласно теории Гинзбурга-Ландау, в сверхпроводнике второго рода . Гинзбург и Ландау показали, что это приводит к отрицательной энергии границы раздела сверхпроводящей и нормальной фаз. О существовании отрицательной энергии границы раздела также было известно с середины 1930-х годов из ранних работ братьев Лондон. Отрицательная энергия интерфейсапредполагает, что система должна быть нестабильной по отношению к максимальному количеству таких интерфейсов, чего не наблюдалось в первых экспериментах со сверхпроводниками до экспериментов Шубникова в 1936 году, когда были обнаружены два критических поля. В 1952 г. о наблюдении сверхпроводимости второго рода сообщил также Заварицкий. Фриц Лондон продемонстрировал [7] [8], что магнитный поток может проникать в сверхпроводник через топологический дефект, имеющий целочисленную фазовую обмотку и несущий квантованный магнитный поток. Онсагер и Фейнман показали, что в сверхтекучих жидкостях должны образовываться квантовые вихри. [9] [10] Обобщая эту идею, в 1957 г. А.А. Абрикосов , [11] продемонстрировали, что смешанное состояние сверхпроводника второго типа представляет собой решетку квантовых вихрей. В пределе очень малой длины когерентности вихревое решение идентично флюксоиду Лондона [8], где ядро ​​вихря аппроксимируется резким обрезанием, а не постепенным исчезновением сверхпроводящего конденсата вблизи центра вихря. Абрикосов обнаружил, что вихри образуют регулярный массив, известный как решетка вихрей . [6] Вблизи так называемого верхнего критического магнитного поля проблема сверхпроводника во внешнем поле эквивалентна проблеме вихревого состояния во вращающейся сверхтекучей жидкости, обсужденной Ларсом Онсагером и Ричардом Фейнманом .

Закрепление потока [ править ]

Воспроизвести медиа
Память положения из-за закрепления вихрей в высокотемпературном сверхпроводнике

В вихревом состоянии становится возможным явление, известное как закрепление потока . Это невозможно со сверхпроводниками типа I , поскольку в них не проникают магнитные поля. [12]

Если сверхпроводник охлаждается в поле, поле может быть захвачено, что может позволить сверхпроводнику быть подвешенным над магнитом с потенциалом для соединения или подшипника без трения. Ценность закрепления флюса проявляется во многих реализациях, таких как подъемники, соединения без трения и транспортировка. Чем тоньше сверхпроводящий слой, тем сильнее закрепление, возникающее при воздействии магнитных полей.

Материалы [ править ]

Сверхпроводники II типа обычно изготавливаются из металлических сплавов или сложной оксидной керамики . Все высокотемпературные сверхпроводники относятся к сверхпроводникам второго типа. В то время как большинство элементарных сверхпроводников относятся к типу I, ниобий , ванадий и технеций являются сверхпроводниками элементарного типа II. Алмаз, легированный бором, и кремний также являются сверхпроводниками второго типа. Сверхпроводники из металлических сплавов также проявляют поведение типа II ( например, ниобий-титан и ниобий-олово ).

Другие примеры типа II являются купрат - перовскит керамических материалов , которые достигли самых высоких сверхпроводящих критических температуры. Они включают La 1,85 Ba 0,15 CuO 4 , BSCCO и YBCO ( иттрия - Барий - медь - оксид ), который известен как первый материал для достижения сверхпроводимости выше точки кипения жидкого азота (77 К). Из-за сильного пиннинга вихрей купраты близки к идеально твердым сверхпроводникам .

Важное использование [ править ]

В сильных сверхпроводящих электромагнитах (используемых в сканерах МРТ , ЯМР- машинах и ускорителях частиц ) часто используются катушки, намотанные из ниобий-титановой проволоки или, для более высоких полей, из ниобий-оловянной проволоки. Эти материалы являются сверхпроводниками второго типа со значительным верхним критическим полем H c2 , и в отличие, например, от купратных сверхпроводников с еще более высоким H c2 , из них можно легко изготовить проволоку. Однако в последнее время сверхпроводящие ленты 2-го поколения позволяют заменять более дешевые провода на основе ниобия на гораздо более дорогие, но сверхпроводящие при гораздо более высоких температурах и магнитных полях ленты «2-го» поколения.

См. Также [ править ]

  • Сверхпроводник I  типа - Тип сверхпроводника с одним критическим магнитным полем.
  • Идеально жесткий сверхпроводник
  • Обычный сверхпроводник  - материалы, которые демонстрируют сверхпроводимость в соответствии с теорией БКШ или ее расширениями.
  • Ковалентный сверхпроводник  - сверхпроводящие материалы, в которых атомы связаны ковалентными связями.
  • Список сверхпроводников
  • Классификация сверхпроводников  - различные типы сверхпроводников
  • Технологические приложения сверхпроводимости
  • Хронология низкотемпературных технологий  - аспект истории
  • Сверхпроводник типа 1.5  - Многокомпонентные сверхпроводники, характеризующиеся двумя или более длинами когерентности.
  • Нетрадиционный сверхпроводник  - сверхпроводящие материалы, не объясненные существующими установленными теориями.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Уэллс, Фредерик С .; Пан, Алексей В .; Ван, X. Реншоу; Федосеев, Сергей А .; Хильгенкамп, Ганс (2015). «Анализ низкопольного изотропного вихревого стекла, содержащего вихревые группы в тонких пленках YBa 2 Cu 3 O 7 − x, визуализированных с помощью сканирующей СКВИД-микроскопии» . Научные отчеты . 5 : 8677. arXiv : 1807.06746 . Bibcode : 2015NatSR ... 5E8677W . DOI : 10.1038 / srep08677 . PMC  4345321 . PMID  25728772 .
  2. ^ Тинкхи, М. (1996). Введение в сверхпроводимость, второе издание . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 0486435032.
  3. ^ Рябинин, JN и Schubnikow, LW (1935) " Магнитные свойства и критические токи сверхпроводящих сплавов ", Physikalische Zeitschrift der Sowjetunion , vol. 7, №1, с. 122–125.
  4. ^ Рябинин, JN; Шубников, Л.В. (1935). «Магнитные свойства и критические токи сверхпроводящих сплавов». Природа . 135 (3415): 581. Bibcode : 1935Natur.135..581R . DOI : 10.1038 / 135581a0 .
  5. ↑ Гинзбург, В.Л., Ландау, Л.Д. (1950), Ж. Эксп. Теор. Физ. 20 , 1064
  6. ^ a b А. А. Абрикосов, "Сверхпроводники второго типа и вихревая решетка" , Нобелевская лекция, 8 декабря 2003 г.
  7. ^ Лондон, Ф. (1948-09-01). «К проблеме молекулярной теории сверхпроводимости». Физический обзор . 74 (5): 562–573. DOI : 10.1103 / PhysRev.74.562 .
  8. ^ a b Лондон, Фриц (1961). Сверхтекучие жидкости (2-е изд.). Нью-Йорк: Дувр.
  9. ↑ Онсагер, Л. (март 1949 г.). «Статистическая гидродинамика». Il Nuovo Cimento . 6 (S2): 279–287. DOI : 10.1007 / BF02780991 . ISSN 0029-6341 . 
  10. ^ Фейнман, Р. П. (1955), "Применение квантовой механики в жидкий гелий", в WP Гальперина, (ред.) Прогресс в области физики низких температур , 1 , Elsevier, стр 17-53,. DOI : 10.1016 / s0079-6417 ( 08) 60077-3 , ISBN 978-0-444-53307-4
  11. ^ "Журнал экспериментальной и теоретической физики" . www.jetp.ac.ru . Проверено 11 апреля 2021 .
  12. ^ Розен, Дж., Доктор философии, и Куинн, Л. "Сверхпроводимость". В К. Каллене (ред.), Энциклопедия физических наук .