Магнитные свойства сверхпроводников

В этом разделе мы прежде всего опишем эксперименты, которые были поставлены с целью определения верхнего предела величины электрического сопротивления сверхпроводящей фазы, затем рассмотрим поведение тока в сверхпроводящем кольце и физику сверхпроводящих цепей. Далее мы обсудим магнитные свойства сверхпроводников, являющиеся следствием эффекта Мейснера. Большая часть всех экспериментов, сделанных с 1933 г., была посвящена исследованию явлений, так или иначе связанных с эффектом Мейснера. Раздел заканчивается обсуждением поведения электрического сопротивления при сверхпроводящем переходе, таблицей свойств известных сверхпроводящих элементов и кратким рассмотрением некоторых отдельных вопросов. [c.615]

Магнитные свойства сверхпроводника могут быть объяснены наличием потока поверхностных токов, которые создают внутри образца магнитное поле, по направлению противоположное приложенному полю. Эта концепция требует, чтобы магнитная индукция Bi, поле Hi и намагниченность Mt внутри образца были равными нулю. Далее, снаружи образца магнитная индукция В равна сумме приложенного поля Н и поля Hs, обусловленного наличием поверхностных токов. Однако часто бывает удобно пренебречь поверхностными токами и вместо этого рассмотреть сверхпроводник как совершенный диамагнитный материал, восприимчивость которого равна — 1/4я. Если принять такой подход, как это и будет сделано при решении этой задачи, то мы сохраняем условие того, что магнитная индукция внутри образца равна нулю, но Hi и Ж,-, очевидно, не равны нулю. Внешняя индукция В все еще равна сумме Н и Hg, но Hs следует теперь рассматривать как поле, обусловленное намагниченностью всего образца. [c.406]

Магнитные свойства сверхпроводников 2-го рода [c.355]

В следующих двух параграфах мы изложим количественную теорию магнитных свойств сверхпроводников 2-го рода на основе уравнений теории Гинзбурга—Ландау [198]. Хотя эта теория справедлива, строго говоря, лишь вблизи 7 , но, как уже отмечалось раньше, все основные выводы применимы при любых температурах. [c.358]

Довольно очевидно, что при низких температурах качественная картина магнитных свойств сверхпроводников та же, что и в окрестности температуры Т,.. Существует поверхностная энергия, которая может иметь разный знак. У сверхпроводников 1-го рода она положительна при поле происходит переход 1-го рода и имеется поле переохлаждения или У сверхпроводников 2-го рода поверхностная энергия сг , < О, превращение в нормальную фазу происходит путем перехода 2-го рода в поле Поэтому отношение [c.380]

Магнитные свойства сверхпроводников см. Критическое поле [c.419]

Несмотря на перечисленные трудности, метод адиабатического размагничивания послужил основой большого числа новых исследований. Наиболее простыми являются эксперименты, относящиеся к определению магнитных свойств самих парамагнитных солей и достигаемых с их помощью абсолютных температур. Однако ири помощи солей охлаждались также и другие материалы с целью проведения на них физических измерений. В последние годы были изучены свойства жидкого гелия, открыто несколько новых сверхпроводников и измерена электропроводность и теплопроводность многих металлов. [c.424]

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА МАКРОСКОПИЧЕСКИХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ [c.615]

С открытием идеальных экранирующих свойств сверхпроводников стало очевидным, что токи сверхпроводимости существенно отличаются от обычных токов проводимости и что фазовый переход в магнитном поле может быть (и фактически является) обратимым. Первое четкое термодинамическое рассмотрение сверхпроводящего перехода было дано Гортером и Казимиром [52]. [c.634]

Переход металла из нормального в сверхпроводящее состояние сопровождается изменением его магнитных свойств. Это изменение заключается в том, что магнитное поле не проникает внутрь массивного сверхпроводника, точнее говоря, магнитное поле существует только в тонком поверхностном слое толщиной 10" см. Следовательно, в толще массивного сверхпроводника [c.150]

Все же этот метод имеет несколько интересных приложений. Если ход адиабаты может быть предсказан теоретически [13], то его можно проверить экспериментально. Кроме того, если значение температуры в нулевом магнитном поле может быть получено другим методом, то можно определить изменение температуры в слабых магнитных полях [14]. Это обстоятельство может иметь большое значение при исследовании поведения других веществ в магнитном поле, например при исследовании свойств сверхпроводников. [c.266]

Градиентная инвариантность этих уравнений делает возможным последовательное изучение свойств сверхпроводников в магнитном поле. Отмечая градиентную инвариантность уравнений (34.25), следует подчеркнуть, что данный факт связан с написанием гамильтониана взаимодействия в форме [c.384]

Постоянное слабое магнитное поле. Обратимся к вопросу об электромагнитных свойствах сверхпроводников. В этом параграфе мы ограничимся рассмотрением поведения сверхпроводников в достаточно слабых полях, величины которых малы по сравнению с величиной критиче- [c.398]

Сверхпроводник в переменном поле. До сих пор мы ограничивались рассмотрением свойств сверхпроводника в постоянном магнитном поле. Большой физический интерес, однако, имеет также вопрос о поведении сверхпроводника в переменном электромагнитном поле, или, говоря конкретнее, вопрос о специфике поглощения и отражения электромагнитного излучения, падающего на поверхность сверхпроводника. Термодинамический, равновесный подход к вопросу, на котором основывалось предыдущее изложение, в случае переменного поля непосредственно неприменим. В этих условиях оказываются чрезвычайно полезными аналитические соотношения, выведенные нами в гл. III, связывающие различные временные функции с соответствующими функциями, определенными в термодинамической технике. Предположим, что переменное поле А (как и выше, будем считать, что tp = 0) с частотой (О существует внутри бесконечного сверхпроводника. Возникающий под влиянием поля ток в сверхпроводнике, очевидно, по-прежнему связан с полем соотношением вида (37.3). Разница состоит в том, что в случае переменного поля необходимо знать компоненту Фурье Q k, ш) с отличной от нуля (О. [Ядро Q(A), которое мы определяли выше, есть, очевидно, Q(A )sQ(ft, 0).] Будем опять исходить из квантовомеханического выражения для оператора тока [c.408]

Свойства сверхпроводника в произвольном магнитном поле вблизи температуры перехода [c.414]

Система уравнений (38.10) и (38.11) описывает свойства сверхпроводников в постоянном магнитном поле вблизи Т . Введем волновую функцию ф(г), пропорциональную Д(г) [c.420]

Дальнейшее исследование свойств сверхпроводников показало, что сверхпроводимость может быть разрушена не только путем повышения температуры, но и посредством приложения достаточно сильного магнитного поля Камерлинг-Оннес, 1914) [135]. Критическое поле, в котором исчезает сверхпроводимость, уменьшается с повышением температуры. Эмпирически установлено, что зави- [c.272]

В предыдущей главе было изложено применение микроскопической теории БКШ для описания термодинамических свойств сверхпроводников и их поведения в слабом магнитном поле. Обобщение этой теории Горьков, 1958) [193] позволяет рассмотреть поведение сверхпроводников в сильных полях, в том числе и переменных. Однако соответствующие уравнения чрезвычайно сложны, а потому на практике редко применяются при решении физических задач. Вместо этого используется упрощенная теория, которую мы изложим в настоящей главе. [c.333]

В этой главе мы изучим свойства сверхпроводников 2-го рода, у которых, согласно (16.96), х> 1/К2 и о < 0. Прежде всего, отметим, что при о , < О невозможен фазовый переход 1-го рода в нормальное состояние, даже если речь идет о сверхпроводящем цилиндре в продольном поле. Действительно, представим себе, что сверхпроводник разбился на слои нормальной и сверхпроводящей фазы, параллельные магнитному полю. В 17.4 было определено критическое поле тонкого слоя, которое оказалось пропорциональным оно может значительно превышать [c.355]

Эффект Мейснера. В настоящее время установлено, что магнитные свойства металлов в сверхпроводящем состоянии также необычны, как и электрические. До 1933 г. молчаливо иреднолагалось, что магнитные свойства сверхпроводников целиком предопределяются пх бесконечной проводимостью. Мейснер и Оксенфельд [141J подвергли этот вывод экспериментальной проверке и обнаружили, что он неправилен. [c.612]

Заключительные замечания. Хотя существует некоторое качественное представление о природе сверхпроводящего состояния, мы до сих пор не имеем строгой математической теории или даже физической картины различия между нормальным п сверхпроводящим состояниями. Сверхпроводник представляет собой упорядоченную фазу, в которой квантовые эффекты распространяются на большие расстояния в пространстве (порядка 10 см для чистых металлов). Эта большая протяженность волновых пакетов, несомненно, объясняет магнитные свойства сверхпроводников. Как и в случае других фазовых переходов второго рода, сверхпроводник, по-видимому, характеризуется некоторым параметром порядка, который обращается в нуль в точке перехода. Однако существуюпцге физические толкования параметра упорядочения неубедительны, и у нас нет никакого представления о том, как параметр упорядочения связан с реальными величинами. [c.777]

ЛОНДОНОВ Ф. и г. УРАВНЕНИЕ — ур-пие для описания поведения сверхпроводников в слабых магнитных полях. Предложено Ф. и Г. Лондонами (F. и Н. London) в 1935 г. Для получения полной системы ур-ний, описывающих магнитные свойства сверхпроводников, необходимо добавить к Максвелла уравнениям ур-ние, связывающее плотность тока в сверхпроводнике i с векторным потенциалом А. Основное предположение при выводе Л. у. состоит в том, что эта связь является локальной, т. е., что ток в пек-рой точке определяется значением вектор-потенциала в той же точке. Поскольку, кроме того, в слабых полях эта связь должна быть линейной, ур-ние должно иметь вид [c.16]

Магнитные свойства сверхпроводников столь же нетривиаль ны, как и электрические свойства. Нулевое электрическое сопротивление достаточно хорошо характеризует сверхпроводящее состояние, но не может объяснить его магнитных свойств. Экспериментально обнаружено, что сверхпроводник в слабом магнитном поле будет вести себя как идеальный диамагнетик, в объеме которого магнитная индукция равна нулю. Если поместить образец в магнитное поле и охладить его ниже температуры перехода в сверхпроводящее состояние, то магнитный поток, первоначально пронизывающий образец, окажется вытолкнутым из него. Этот эффект называется эффектом Мейснера. Схематически это показано на рис. 12.2. Эти уникальные магнитные свойства играют важнейшую роль в описании сверхпроводящего состояния. [c.421]

Магнитные свойства. Не все сверхпроводники одинаково ведут себя в магнитном поле. По своим магнитным свойствам они делятся на сверхпроводники первого и второго рода. Эффект Мейс-снера -V Оксеифельда наблюдается у сверхпроводников первого рода, к которым относятся все элементарные сверхпроводники кроме ниобия. Сверхпроводники второго рода (ниобий, сверхпроводящие сплавы и химические соединения) не обнаруживают эффекта Мейсснера — Оксенфельда. Магнитное поле в них проникает, но весьма своеобразным образом. [c.265]

Обсуждается соотношение между KpuBoii зависимости критического магнитного нол 1 от температуры и термодинамическими свойствами сверхпроводников хюдроб-но рассматриваются данные для о.лова. [c.373]

Удобство этой точки зрения заключается в возможности применения к сверхпроводникам обычных магнитостатических уравнений. Для веществ, обладающих столь большой диама1 нптной восприимчивостью, как сверхпроводники, магнитные свойства должны сильно зависеть от их формы. На фиг. 3 показано распределение ноля на поверхности сверхпроводящих цилиндра и шара, которые были помещены в первоначально однородное магнитное поле. Простое соотношение наблюдается лишь у образца в форме длинного цилиндра с осью, параллельной полю в этих условиях иоле на всей поверхности образца (за исключением участков, непосредственно примыкающих к концам) равно приложенному вненхпему нолю. [c.613]

Помимо того, что уравнения Г. Лондона и Ф. Лондона (в их окончательном виде) дают общее описание электромагнитного поведения сверхпроводников, они позволяютиредсказатьиекоторыеявления, поддающиеся наблюдению и не содержащиеся в первоначальной формулировке. Наиболее значительным из них является эффект проникновения магнитного поля н глубь сверхпроводника на расстояния порядка 10 см. Этот результат совпадает с нашим интуитивным представлением о том, что индукция не может скачком унасть до нуля на геометрической границе поверхности. Теория предсказывает также наличие сонротивления у сверхпроводников в высокочастотных переменных полях и большие величины критических полей у тонких пленок по сравнению со сплошными образцами того же металла. В этом разделе мы обсудим первые два явления, а также рассмотрим эксперимент ,i, показавшие, что статическое электрическое иоле не проникает в глубь uep.v-проводника. Свойства пленок будут обсуждаться в следующем разделе. Мы увидим, что все предсказания теории Г. Лондона и Ф. Лондона качественно подтверждаются, однако в последние годы стало вполне ясно, что эта теория неприменима для количественного описания свойств сверхпроводников. [c.642]

Вскоре после того, как промежуточное состояние было изучено экспериментально, Ландау [103] разработал теорию этого состояния, которая предсказывает размеры сверхпроводящих и нормальных областей. Теория основана на представлении о существовании дополнительной свободной энергии границы раздела фаз, которую можно назвать положительной поверхностной энергией. Ф. Лондон [116] (см. такн№ гл. IX, п. 27) показал, что присутствие положительной поверхностной энергии необходимо для обеспечения эффекта Мййспера в макроскопических образцах. Можно показать, что при отсутствии поверхностной энергии (или при отрицательной поверхностной энергии) магнитная свободная энергия сверхпроводящего образца в любом сколь угодно малом поле будет иметь наименьшую величину, если образец разделятся на бесконечно тонкую смесь сверхпроводящих и нормальных слоев. Естественно, что при этих условиях эффект Мейс-иера будет отсутствовать. Поскольку идеальный диамагнетизм является одним из основных свойств сверхпроводника, мы должны предположить существование положительной поверхностной энергии у границы фаз. Такое предположение исключает возможность расслоения образца на тончайшие сверхпроводящие и нормальные области, поскольку подобный процесс привел бы к значительному возрастанию поверхностной свободной энергии. В результате состояние образца, обнаруживающего эффект Мойс-иера, оказывается энергетически значительно более выгодным, чем состояние, при котором образец подразделяется на слон. [c.650]

Свойства сверхпроводников конечных размеров. В качестве примера задачи о сверхпроводнике конечных размеров вычислим магнитный момент шарообразного сверхпроводника в постоянном магнитном ноле Я,, ). Размер шара предполагается малым по сравнению с глубиной проникновения. Для лондоновской области эта задача решена и ответ хорошо известен [c.905]

Благодаря работе [20] оказывается возможным связать с микроскопическими параметрами сверхпроводника величину поверхностного натяжения между нормальной и сверхпроводящей фазами. Кроме того, работа Л. П. Гор1з-. кова [19] дает микроскопическое обоснование рассмотрения магнитных свойств сверхпроводящих сплавов, проведенное ранее одним пз авторов настоящей работы [22] на основании теории [21]. [c.916]

Магнитные свойства полуметаллов. Все П.— диа-магвегихи. Определяющий вклад в величину магв. восприимчивости X вносят электроны валентной зовы. Малость т обусловливает большое значение х, к-рая для П. достигает макс, значения среди всех известных днамагнетиков (исключая сверхпроводники, у к-рых 1X1 = [c.35]

Магнитные свойства. Благодаря возможности протекания в сверхпроводнике бездиссипативных сверхпроводящих токов, он при определ. условиях эксперимента проявляет эффект Мейснера, т. е. ведёт себя в присутствии не слишком сильного внеш. магн. поля как идеальный диамагнетик (магн. восприимчивость X = —1/4л). Так, для образца, имеющего форму длинного сплошного цилиндра в однородном внеш. магн. Поле И, приложенном вдоль его оси, намагниченность образца М = —Н/Ая. Выталкивание внеш. магн. поля из объёма сверхпроводника приводит к понижению его свободной энергии. При этом акранарующие сверхпроводящие токи протекают в тонком поверхностной слое б 10" ч- 10" см. Эта величина характеризует и глубину проникновения внеш. магЕ. поля в образец. [c.437]

Технология получения сверхпроводников с высокими критическими полями ввела новую сложность в описание многочисленных элементарных сверхпроводниковых материалов и соединений, известных в настоящее время. Открытие Кундлером с сотрудниками высоких критических токов в высоких магнитных полях проволоки на основе соединения ЫЬз Зп привело к более полному повторному исследованию магнитных свойств большого количества сверхпроводящих материалов. Наблюдаемые высокие критические токи в сверхпроводящих сплавах в полях вплоть до значений 2—3 ТЛ (20—30 кэ) теперь объяснены теорией [c.12]

Соединение Y0s2 имеет плотность 14,54 г см и является сверхпроводником с температурой перехода в сверхпроводящее состояние 4,7 °К [2—8], Магнитные свойства этого соединения изучали в работах [2, 6]. По данным [6] [c.743]

До достижения величины Н с при Т < сверхпроводник оказывается идеальным диамагнетиком, т.е. магнитное поле выталкивается из образца и магнитная индукция В равна нулю - эффект Мейссне-ра-Оксенфельда. Идеальный диамагнетизм - фундаментальное свойство сверхпроводника. Действительно, если записать закон Ома (3.4) с учетом (3.11) [c.237]

Экспериментальные исследования показали, что свойства сверхпроводника в магнитном поле резко отличны от сравнительно простых свойств нормального металла. Магнитное поле не проникает в толщу массивного сверхпроводника (эффект Мейснера—Оксенфельда). Эффективная глубина, отсчитываемая от поверхности сверхпроводника, помещаемого в постоянное магнитное поле, на которой поле еще отлично от нуля (так называемая глубина проникновения), очень мала и составляет по порядку величины 10 см. Термодинамический переход из нормального состояния в сверхпроводящее является фазовым переходом второго рода и характеризуется тем, что при температуре перехода теплоемкость металла меняется скачком. [c.362]

Одним из основных свойств сверхпроводников является так называемый эффект Мейснера (Мейснер и Оксенфельд, 1933) [137]. Если поместить металл в магнитное поле, меньшее Н , то при переходе в сверхпроводящее состояние поле выталкивается из сверхпроводника, т. е. в сверхпроводнике истинное поле В=0 (напомним, что магнитная индукция В есть среднее микроскопическое поле) ). Это изображено на рис. 15.1 а—сверхпроводник, б—нормальный металл. [c.273]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...