к библиотеке  к оглавлению  FAQ по эфирной физике  ТОЭЭ  ТЭЦ  ТПОИ  ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике
А  Б  В  Г  Д  Е  Ж  З  И  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Э  Ю  Я  

Промежуточное состояние сверхпроводников
Промежуточное состояние сверхпроводников - возникает в образце из сверхпроводника первого рода под действием внеш. магн. поля или магн. поля тока, протекающего по образцу. П. с. реализуется, когда напряжённость магн. поля Н в определ. точках поверхности образца достигает величины критического магнитного поля Нс, однако при полной утрате сверхпроводящих свойств (в тех же внеш. условиях) невозможно выполнить условие HНс для всего образца. П. с. представляет собой смесь сверхпроводящих и нормальных доменов, характерный размер к-рых много меньше размеров образца. Термин "П. с." введён Р. Пайерлсом (R. Peierls, 1936), структура П. с. была выяснена Л. Д. Ландау в 1937. В неоднородном внеш. поле в образце могут одноврем. существовать большие области сверхпроводящей и нормальной фаз. Они обязательно разделены веществом в П. с. Под действием тока, протекающего по образцу, может осуществляться т. н. динамич. П. с., в к-ром границы раздела непрерывно движутся через образец (со скоростями см/с), зарождаясь на одной его поверхности и исчезая на другой.

Образец в сверхпроводящем состоянии, помещённый в однородное постоянное внеш. магн. поле, искажает пространств. однородность Не. Незатухающие электрич. токи, текущие в слое толщиной0,1 мкм - глубина проникновения)вблизи поверхности образца, полностью экранируют поле Не , так что внутри образца Н = 0 (Мейснера эффект ).Вне образца неоднородное магн. поле экранирующих токов складывается с Не, создавая картину силовых линий, огибающих образец. В качестве типичного примера рассмотрим образец в форме шара (рис. 1, а). Две точки, в к-рых вектор Не перпендикулярен поверхности шара, наз. "полюсами", а линия, вдоль к-рой Не касается поверхности шара, наз. "экватором". На поверхности образца макс. напряжённость поля Hмакс достигается на "экваторе", а мин. напряжённость Hмин - на "полюсах". В сверхпроводящем состоянии Hмин = 0, Hмакс = 3Hе/2.

Шар переходит в П. с. для значений Не, удовлетворяющих условию 2Hc/3 < Не < Hс. При этом на "полюсе" Hмин = ЗНе-2Нс, на "экваторе" Hмакс = Hс и не зависит от величины Не. Часть магн. потока проникает в образец. В объёме образца возникают чередующиеся домены нормальной (К)и сверхпроводящей (S)фаз. В нормальных доменах поле H - Нс, в сверхпроводящих - H = 0. Границы между h - S-доменами параллельны вектору Не и простираются вдоль Не на всю толщину образца. Сечение h - S-границ плоскостью, перпендикулярной Не, имеет вид извилистых линий, расположение к-рых определяется неконтролируемыми факторами. Масштаб структуры h - S-до-менов (d) в плоскости, перпендикулярной Не, зависит от величины поля. При Не0,8 Нс характерная величинагде D - диаметр шара, x - длина когерентности (см. Гинзбурга - Ландау теория ).Эксперименты с оловянными шарами при D = 4 см и = 0,3 мкм дали значение d = 0,2 мм, близкое к расчётному. Нормальные и сверхпроводящие области с размероммогут сосуществовать в равновесии только в сверхпроводниках 1-го рода, где глубина проникновения магн. поля Для сверхпроводников второго рода при H > Hc1 (Hc1 - величина 1-го критич. поля) возникает смешанное состояние, в к-ром нельзя выделить нормальные и сверхпроводящие области, т. к. характерный масштаб микроскопич. структуры смешанного состоянияМакроско-пич. электродинамика П. с. использует величины напряжённости поля Нi и магн. индукции Вi, усреднённые на расстояниях Ld. Hi и Bi удовлетворяют ур-ниям магнитостатики divBi = 0, rotHi = 0. На поверхности образца выполняются обычные условия непрерывности перпендикулярной компоненты В и тангенциальной компоненты Н. В П. с. силовые линии Bi || Hi - прямые, а величина Hi = Нс (усреднение по h-доменам) и не зависит от внеш. поля. Для шара в однородном внеш. поле Вi || Не (рис. 1, б), а Вi= 3Не - 2Нс достигает величины критич. поля при Не = Нс. При Не > Нс образец любой формы переходит в нормальное состояние. В отличие от обычного магнетика связь между Вi и Hi нелинейна. Роль магн. проницаемости играет величина m = Bi /Hc. В нормальном состоянии с хорошей точностью m = 1 поле становится всюду однородным: Вi = Hi = Не (рис. 1, в). Для произвольного эллипсоида вращения, помещённого в однородное внеш. поле Не, ур-ния магнетоста-тики имеют решения, выражаемые в элементарных функци-ях. При этом эллипсоид намагничен однородно, т. е. Bi = const. Если вектор Не направлен вдоль одной из осей эллипсоида, то Bi||He. П. с. возникает в диапазоне (1 - т)Нc < Не < Нс. Положительный коэф. m 8 1 зависит от отношения полуосей эллипсоида и наз. размагничивающим фактором. Величина индукции в образце Bi = Нс -(Нс - Не)/т. Для сферы фактор m =. Длинный цилиндр можно рассматривать как предельный случай сильно вытянутого эллипсоида. Для вектора Не, параллельного оси цилиндра, т = 0.

Рис. 1. Распределение магнитного поля около сверхпроводящего шара: а - сверхпроводящее состояние; б - промежуточное состояние; в - нормальное состояние.

Поэтому в длинном цилиндре в продольном поле П. с. не возникает. При Не = Нс образец переходит из сверхпроводящего в нормальное состояние, а индукция скачком меняется от нуля до Вi = Нс. В поперечном поле размагничивающий фактор длинного цилиндра т =. Если образец имеет форму тонкой пластины, то его можно рассматривать как предельный случай сильно сплющенного эллипсоида, причём для ориентации вектора Не перпендикулярно плоской поверхности пластины т1 и диапазон П. с. О < Не < Нс начинается с очень малых полей. В этом случае Вi = Не Для эксперим. изучения структуры П. с. применялись разл. типы миниатюрных датчиков магн. поля, напр. висмутовые измерители. Для визуального наблюдения структуры h - S-областей использовалась техника декорирования ферромагн. порошками, основанная на том, что ферромагн. частицы втягиваются в область сильного поля, т. е. в места выхода S-доменов на поверхность образца (рис. 2). Наиб. мощным совр. методом, позволяющим изучать динамику движения h - S-доменов, является магнитооптический. На зеркальную поверхность образца наносится прозрачная плёнка материала с очень высоким коэф. фарадеевского вращения плоскости поляризации (см. Фарадея эффект ).Как правило, для этого используются соединения редкоземельных элементов, напр. EuS + EuF2. Линейно поляризованный свет, отражённый от образца, наблюдается через скрещенные поляроиды (см. Магнитооптика ).Участки выхода на поверхность образца S-доменов кажутся тёмными, а вблизи h-доменов, где плёнка повернет плоскость поляризации, видны светлые участки. Таким способом удаётся наблюдать даже очень сложную картину течения извилистых h - S-доменов в чистых и совершенных образцах при пропускании элек-трич. тока.

Риc. 2. Фотография промежуточного состояния в сверхпроводящей пластине, полученная методом ферромагнитных порошков. Тёмные полосы - выход на поверхность h-доменов, светлые - S-доменов.

Литература по 

1. Ландау Л. Д., Лифшиц E. М., Электродинами-ка сплошных сред, 2 изд., М., 1982; Линтон Э. А., Сверхпроводимость, пер. с англ., 2 изд., М.: 1971; Абрикосов А. А., Основы теории металлов, М., 1987. И. П. Крыме,

к библиотеке  к оглавлению  FAQ по эфирной физике  ТОЭЭ  ТЭЦ  ТПОИ  ТИ