Критическое поле

Для данной температуры критическое поле относится к максимальной напряженности магнитного поля, ниже которой материал остается сверхпроводящим. Сверхпроводимость характеризуется как идеальной проводимостью (нулевым сопротивлением), так и полным изгнанием магнитных полей ( эффект Мейснера ). Изменения температуры или плотности магнитного потока могут вызвать фазовый переход между нормальным и сверхпроводящим состояниями. ^[1] Самая высокая температура, при которой наблюдается сверхпроводящее состояние, известна как критическая температура. При этой температуре даже самое слабое внешнее магнитное поле разрушит сверхпроводящее состояние, поэтому напряженность критического поля равна нулю. При понижении температуры критическое поле обычно увеличивается до максимума при абсолютном нуле.

Для сверхпроводника I рода скачок теплоемкости, наблюдаемый при сверхпроводящем переходе, обычно связан с наклоном критического поля ( $H_{\text{c}}$ ) при критической температуре ( $T_{\text{c}}$ ): ^[2]

C_{\text{super}}-C_{\text{normal}}={T \over 4\pi }\left({\frac {dH_{\text{c}}}{dT}}\right)_{T=T_{\text{c}}}^{2}

Существует также прямая связь между критическим полем и критическим током — максимальной плотностью электрического тока, которую может проводить данный сверхпроводящий материал до перехода в нормальное состояние. ^[1] Согласно закону Ампера любой электрический ток индуцирует магнитное поле, но сверхпроводники исключают это поле. В микроскопическом масштабе магнитное поле не совсем равно нулю на краях любого данного образца – глубина проникновения применяется . Для сверхпроводника типа I ток должен оставаться нулевым внутри сверхпроводящего материала (чтобы быть совместимым с нулевым магнитным полем), но затем может перейти к ненулевым значениям на краях материала на этой шкале длины глубины проникновения, по мере увеличения магнитного поля. ^[2] Пока индуцированное магнитное поле на краях меньше критического поля, материал остается сверхпроводящим, но при более высоких токах поле становится слишком сильным и сверхпроводящее состояние теряется. Этот предел плотности тока имеет важные практические последствия при применении сверхпроводящих материалов: несмотря на нулевое сопротивление, они не могут передавать неограниченное количество электроэнергии.

Геометрия сверхпроводящего образца усложняет практическое измерение критического поля. ^[2] – критическое поле определено для цилиндрического образца с полем, параллельным оси радиальной симметрии. При других формах (например, сферических) может существовать смешанное состояние с частичным проникновением магнитного поля на внешнюю поверхность (и, таким образом, частичное нормальное состояние), в то время как внутренняя часть образца остается сверхпроводящей.

Сверхпроводники типа II допускают смешанное состояние другого типа, в котором магнитное поле (выше нижнего критического поля) $H_{c1}$ ) разрешено проникать по цилиндрическим «дыркам» в материале, каждое из которых несет в себе квант магнитного потока . Вдоль этих цилиндров потока материал находится по существу в нормальном, несверхпроводящем состоянии, окруженном сверхпроводником, где магнитное поле возвращается к нулю. Ширина каждого цилиндра порядка глубины проникновения материала. По мере увеличения магнитного поля цилиндры потока сближаются друг с другом и в конечном итоге достигают верхнего критического поля. $H_{\text{c2}}$ , они не оставляют места для сверхпроводящего состояния и свойство нулевого удельного сопротивления теряется.

Верхнее критическое поле

Верхнее критическое поле — это плотность магнитного потока (обычно выражаемая в единицах тесла (Т)), которая полностью подавляет сверхпроводимость в сверхпроводнике II типа при 0 К ( абсолютный ноль ).

Точнее, верхнее критическое поле является функцией температуры (и давления), и если они не указаны, подразумеваются абсолютный ноль и стандартное давление.

Теория Вертхамера-Хельфанда-Хоэнберга предсказывает верхнее критическое поле ( $H c2$ ) при 0 К на основе $T c$ и наклон $H c2$ при $T c$ .

Верхнее критическое поле (при 0 К) также можно оценить по длине когерентности ( $ξ$ ), используя выражение Гинзбурга–Ландау : $H c2$ = 2,07 × 10 ⁻¹⁵ T⋅m ² $/(2 пикселя 2)$ . ^[3]

Нижнее критическое поле

Нижнее критическое поле — это плотность магнитного потока, при которой магнитный поток начинает проникать в сверхпроводник II рода.

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Высокотемпературная сверхпроводимость, редактор Джеффри В. Линн, Springer-Verlag (1990).
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Сверхпроводимость металлов и сплавов, П.Г. де Женн, Аддисон-Уэсли (1989).
^ Введение в физику твердого тела , Чарльз Киттель, John Wiley and Sons, Inc.

[LynnSuperconductivity-1] Перейти обратно: ^а ^б Высокотемпературная сверхпроводимость, редактор Джеффри В. Линн, Springer-Verlag (1990).

[deGennes-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с Сверхпроводимость металлов и сплавов, П.Г. де Женн, Аддисон-Уэсли (1989).

[3] Введение в физику твердого тела , Чарльз Киттель, John Wiley and Sons, Inc.

[1]

[2]

[3]