Superconductor Type II
В сверхпроводимости сверхпроводник типа II является сверхпроводником, который демонстрирует промежуточную фазу смешанных обычных и сверхпроводящих свойств при промежуточной температуре и поля над сверхпроводящими фазами. Он также имеет образование вихрей магнитного поля с приложенным внешним магнитным полем . Это происходит выше определенной критической силы поля H C1 . Плотность вихря увеличивается с увеличением прочности поля. В более высоком критическом поле H C2 сверхпроводимость разрушается. Сверхпроводники типа II не демонстрируют полный эффект Мейссанера . [ 2 ]
История
[ редактировать ]In 1935, J.N. Rjabinin and Lev Shubnikov [ 3 ] [ 4 ] Экспериментально обнаружил сверхпроводники типа II. теорией двух типов сверхпроводников были дополнительно разработаны В 1950 году Лев Ландау и Витали Гинцбург в своей статье о теории Гинзбурга -Ландау . [ 5 ] В своем аргументе сверхпроводник типа I имел положительную свободную энергию границы сверхпроводниковых норм. Гинцбург и Ландау указали на возможность сверхпроводников типа II, которые должны образовывать неоднородное состояние в сильных магнитных полях. Однако в то время все известные сверхпроводники были типа I, и они прокомментировали, что не было экспериментальной мотивации для рассмотрения точной структуры сверхпроводящего состояния типа II. Теория поведения сверхпроводящего состояния типа II в магнитном поле была значительно улучшена Алексеем Алексеевич Абракосовым , [ 6 ] который разрабатывал идеи Ларса Онсагера и Ричарда Фейнмана из Quantum Vortices в суперфлюидах . Раствор Quantum Vortex в сверхпроводнике также очень тесно связан с Fritz London работой к квантованию магнитного потока в сверхпроводниках. Нобелевская премия по физике была присуждена теории сверхпроводимости II типа II в 2003 году. [ 7 ]
Вихревое состояние
[ редактировать ]Теория Гинзбурга -Ландау ввела сверхпроводную длину когерентности ξ в дополнение к лондонскому магнитному полю глубину λ . Согласно теории Гинцбург-Ландау, в суперпроводнике типа II II Полем Гинцбург и Ландау показали, что это приводит к негативной энергии границы раздела между сверхпроводящими и нормальными фазами. Существование отрицательной энергии интерфейса также было известно с середины 1930-х годов с ранних работ Лондон Братьев. Отрицательная энергия интерфейса предполагает, что система должна быть нестабильной против максимизации количества таких интерфейсов. Эта нестабильность не наблюдалась до экспериментов Шубникова в 1936 году, где были обнаружены две критические поля.
В 1952 году Заварцкий также сообщил о наблюдении за сверхпроводимостью II типа II. Фриц Лондон продемонстрировал [ 8 ] [ 9 ] То, что магнитный поток может проникнуть в сверхпроводник посредством топологического дефекта, который имеет целочисленную фазовую обмотку и несет квадратный магнитный поток. Onsager и Feynman продемонстрировали, что квантовые вихри должны формироваться в суперфлюидах. [ 10 ] [ 11 ]
И 1957 г. Бумага А.А АБРИКОСОВА [ 12 ] обобщает эти идеи. В пределах очень короткой длины когерентности раствор вихря идентична лондонскому потоку, [ 9 ] где вихревое ядро аппроксимируется резким отсечкой, а не постепенным исчезновением сверхпроводящего конденсата вблизи вихревого центра. Абрикосов обнаружил, что вихри договорились о обычном массиве, известном как вихревая решетка . [ 7 ] Рядом с так называемым верхним критическим магнитным полем проблема сверхпроводника во внешнем поле эквивалентна проблеме состояния вихря в вращающемся суперфлюдах, обсуждаемой Ларсом Онсагером и Ричардом Фейнманом .
Прикрепление потока
[ редактировать ]явление, известное как прикрепление потока В состоянии вихря становится возможным . Это невозможно с сверхпроводниками типа I , поскольку они не могут быть проникнуты магнитными полями. [ 13 ]
Если сверхпроводник охлаждается в поле, поле может быть пойман в ловушке, что может позволить суперпроводнику подвешивать магнит с потенциалом для сустава без трения или подшипника. Ценность закрепления потока наблюдается во многих реализациях, таких как лифты, без трения и транспорт. Чем тоньше сверхпроводящий слой, тем сильнее прикрепление, которое происходит при воздействии магнитных полей.
Материалы
[ редактировать ]Сверхпроводники типа II обычно изготовлены из металлических сплавов или сложной оксидной керамики . Все высокотемпературные сверхпроводники являются суперпроводниками типа II. В то время как большинство элементарных сверхпроводников являются типа I, Niobium , Vanadium и Technetium являются сверхпроводниками Elemental-II. бором связанный с Бриллиант и кремний, , также являются сверхпроводниками типа II. Сверхпроводники металлических сплавов также могут проявлять поведение типа II (например, Niobium-Titanium , один из наиболее распространенных сверхпроводников в прикладной сверхпроводимости), а также интерметаллические соединения, такие как ниобий-тин .
Другими примерами типа II являются керамические материалы Cuprate - Perovskite , которые достигли самых высоких сверхпроводящих критических температур. К ним относятся LA 1,85 BA 0,15 CUO 4 , BSCCO и YBCO ( Yttrium - Barium - Медный оксид ) , который известен как первый материал для достижения сверхпроводимости над темой кипения жидкого азота (77 К). Из -за сильного вихревого закрепления купрамы близки к идеально жестким сверхпроводникам .
Важное использование
[ редактировать ]Сильные сверхпроводящие электромагниты (используемые в МРТ- сканерах, ЯМР- машинах и акселераторах частиц ) часто используют катушки рану из ниобий-титановых проводов или, для более высоких полей, ниобий-тиновых проводов. Эти материалы представляют собой сверхпроводники типа II с существенным верхним критическим полем H C2 , и в отличие, например, сверхпроводники Cuprate с еще более высоким H C2 , они могут быть легко обработаны в провода. Однако в последнее время сверхпроводящие ленты 2-го поколения позволяют заменить более дешевые провода на основе ниобия гораздо более дорогими, но сверхпроводящими при гораздо более высоких температурах и магнитных полях «2-е поколение».
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уэллс, Фредерик С.; Пан, Алексей В.; Ван, X. Реншоу; Федосеев, Сергей А.; Hilgenkamp, Hans (2015). «Анализ изотропного вихревого стекла, содержащего вихревые группы, содержащие вихревые группы в тонких пленках YBA 2 Cu 3 O 7-X, визуализированные с помощью сканирующей микроскопии кальмара» . Научные отчеты . 5 : 8677. Arxiv : 1807.06746 . BIBCODE : 2015NATSR ... 5E8677W . doi : 10.1038/srep08677 . PMC 4345321 . PMID 25728772 .
- ^ Tinkham, M. (1996). Введение в сверхпроводимость, второе издание . Нью-Йорк, Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. ISBN 0486435032 .
- ^ Rjabinin, JN и Schubnikow, LW (1935) « Магнитные свойства и критические токи сверхпроводящих сплавов », Physical Journal of The Soviet Union , Vol. 7, № 1, с. 122–125.
- ^ Rjabinin, JN; Shubnikow, LW (1935). «Магнитные свойства и критические токи надопроводящих сплавов». Природа . 135 (3415): 581. Bibcode : 1935natur.135..581r . doi : 10.1038/135581a0 . S2CID 4113840 .
- ^ Ginzburg, V.L. and Landau, L.D. (1950) Zh. Eksp. Teor. Fiz. 20 , 1064
- ^ Abrikosov, AA (1957). На магнитных свойствах сверхпроводников второй группы. Советская физика, 5, 1174-1182.
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный А.А. Абрикосов, «Суперпроводники типа II и вихревая решетка» , Нобелевская лекция, 8 декабря 2003 г.
- ^ Лондон, Ф. (1948-09-01). «О проблеме молекулярной теории сверхпроводимости». Физический обзор . 74 (5): 562–573. Bibcode : 1948 Phrv ... 74..562L . doi : 10.1103/physrev.74.562 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Лондон, Фриц (1961). Суперфлюиды (2 -е изд.). Нью -Йорк: Дувер.
- ^ Onsager, L. (март 1949 г.). «Статистическая гидродинамика». Новое испытание . 6 (S2): 279–287. Bibcode : 1949ncim .... 6s.279o . Doi : 10.1007/bf02780991 . ISSN 0029-6341 . S2CID 186224016 .
- ^ Feynman, RP (1955), «Применение квантовой механики к жидкому гелий», в WP Halperin (ред.), Прогресс в физике с низкой температурой , Vol. 1, Elsevier, стр. 17–53, doi : 10.1016/s0079-6417 (08) 60077-3 , ISBN 978-0-444-53307-4
- ^ «Журнал экспериментальной и теоретической физики» . www.jetp.ac.ru. Получено 2021-04-11 .
- ^ Rosen, J., Ph.D. & Quinn, L. "Superconductive". В К. Каллен (ред.), Энциклопедия физической науки .