Supravodič typu II - Type-II superconductor

Supravodivé chování při měnícím se magnetickém poli a teplotě. Graf ukazuje magnetický tok B jako funkce absolutní teplota T. Hustoty kritického magnetického toku B_C1 a B_C2 a kritická teplota T_C jsou označeny. Ve spodní části tohoto grafu zobrazují supravodiče typu I i typu II Meissnerův efekt (A). Smíšený stav (b), ve kterém jsou některé siločáry zachyceny ve vírech magnetického pole, se vyskytuje pouze u supravodičů typu II v omezené oblasti grafu. Za touto oblastí se supravodivá vlastnost rozpadá a materiál se chová jako normální vodič (c).

Víry o tloušťce 200 nm YBCO film zobrazil skenování SQUID mikroskopie^[1]

v supravodivost, a supravodič typu II je supravodič, který vykazuje střední fázi smíšených běžných a supravodivých vlastností při střední teplotě a polích nad supravodivými fázemi. víry magnetického pole s aplikovaným externím magnetické pole K tomu dochází nad určitou intenzitou kritického pole H_c1. Hustota víru se zvyšuje se zvyšující se intenzitou pole. Ve vyšším kritickém poli H_c2, supravodivost je zničena. Supravodiče typu II nevykazují úplnost Meissnerův efekt. ^[2]

Dějiny

V roce 1935 Rjabinin a Shubnikov^[3][4] experimentálně objevil supravodiče typu II. V roce 1950 byla teorie dvou typů supravodiče byla dále vyvinuta Lev Landau a Vitaly Ginzburg v jejich příspěvku o Teorie Ginzburg – Landau.^[5] Ve svém argumentu, a supravodič typu I. měl pozitivní energie zdarma hranice kov-supravodič-normální. Ginzburg a Landau poukázali na možnost supravodičů typu II, které by ve silných magnetických polích měly vytvářet nehomogenní stav. V té době však byly všechny známé supravodiče typu I a uvedly, že neexistuje experimentální motivace uvažovat o přesné struktuře supravodivého stavu typu II. Teorie chování supravodivého stavu typu II v magnetickém poli byla výrazně vylepšena Alexej Alexejevič Abrikosov, který tyto myšlenky rozpracoval Lars Onsager a Richard Feynman kvantových vírů v supertekutiny. Kvantové vírové řešení v supravodiči také velmi úzce souvisí Fritz London pracuje na magnetický tok kvantování v supravodičích. The Nobelova cena za fyziku byl oceněn za teorii supravodivosti typu II v roce 2003.^[6]

Stav víru

Teorie Ginzburg – Landau definuje dva parametry: supravodivá délka koherence a Hloubka penetrace magnetického pole v Londýně. V supravodiči typu II je koherenční délka je menší než hloubka penetrace. To vede k negativní energii rozhraní mezi supravodivou a normální fází. Existence negativní energie rozhraní byla známa od poloviny 30. let z raných děl londýnských bratrů. Zápor energie rozhraní navrhuje, aby byl systém nestabilní proti maximalizaci počtu takových rozhraní, která nebyla pozorována při prvních pokusech na supravodičích, před pokusy Shubnikova v roce 1936, kde byla nalezena dvě kritická pole. V roce 1952 hlásilo pozorování supravodivosti typu II také Zavaritskii. Jak bylo později diskutováno A. A. Abrikosov, tato rozhraní se projevují jako linie magnetického toku procházejícího materiálem a mění oblast supravodiče na normální. Tato normální oblast je oddělena od zbytku supravodiče cirkulujícím superproudem. Analogicky s dynamikou tekutin vytváří vířící superproud to, co je známé jako a vír, nebo Abrikosov vír, po Alexej Alexejevič Abrikosov. V limitu velmi krátké délky koherence je vírové řešení identické s londýnským fluxoidem, kde je vírové jádro aproximováno spíše ostrým cut-off než postupným mizením supravodivého kondenzátu poblíž středu víru. Abrikosov zjistil, že víry jsou uspořádány do pravidelného pole známého jako a vírová mřížka.^[6]

Připevnění tavidla

Ve stavu víru je jev známý jako připnutí toku, kde je supravodič připnutý v prostoru nad magnetem, je možný. To není možné u supravodiče typu I, protože do nich nemohou pronikat magnetická pole.^[7] Jelikož je supravodič připnutý nad magnetem od jakýchkoli povrchů, existuje potenciál pro třecí spoj. Hodnota připnutí toku je vidět z mnoha implementací, jako jsou výtahy, třecí spoje a doprava. Čím tenčí je supravodivá vrstva, tím silnější je připnutí, ke kterému dochází při vystavení magnetickým polím.

Materiály

Supravodiče typu II jsou obvykle vyrobeny z kovu slitiny nebo komplexní oxid keramika. Všechno vysokoteplotní supravodiče jsou supravodiče typu II. Zatímco většina elementárních supravodičů je typu I, niob, vanadium, a technecium jsou elementární supravodiče typu II. Bor -doped diamant a křemík jsou také supravodiče typu II. Supravodiče ze slitin kovů také vykazují chování typu II (např. niob-titan a niob-cín ).

Dalšími příklady typu II jsou cuprate -perovskit keramické materiály, které dosáhly nejvyšších supravodivých kritických teplot. Patří mezi ně La_1.85Ba_0.15CuO₄, BSCCO, a YBCO (Yttrium -Baryum -Měď -Kysličník ), který je známý jako první materiál k dosažení supravodivosti nad bodem varu tekutý dusík (77 K). Kvůli silnému vír připnutí, cuprate jsou blízko ideálně tvrdé supravodiče.

Důležité použití

Silné supravodivé elektromagnety (používané v MRI skenery, NMR stroje a urychlovače částic ) často používají cívky navinuté na niob-titan dráty nebo pro vyšší pole niob-cín dráty. Tyto materiály jsou supravodiče typu II s podstatným horním kritickým polem H_c2, a na rozdíl například od kuprových supravodičů s ještě vyššími H_c2, mohou být řádně opracovány do drátů.

Viz také

Reference