Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
записано в виде
tm=l/]/a, (4-28)
ГДе 1/п I ml I св-
Из сказанного следует, что если причина появления нормальной зоны в
сверхпроводнике имеет флюктуа-ционный характер, то в комбинированном
проводнике, у которого а>1, сверхпроводимость восстанавливается после
устранения причины, вызвавшей появление нормальной зоны, лишь при токах
/</т. Иными словами, в этом комбинированном проводнике сверхпроводник
остается в сверхпроводящем состоянии при любых токах /</?п. В интервале
же токов от /т=7св/1/а до /с сверхпроводник, перешедший в нормальное
состояние по причине флюктуационного характера, не возвращается в
сверхпроводящее состояние после того, как устранена причина появления
нормальной зоны. Это происходит потому, что из-за джоулева тепловыделения
в подложке температура сверхпроводника остается выше Тс. Следовательно,
такой проводник является стабилизиро-6-865 81
Мнным лишь для токов /</,"; при больших токах этот проводник является
нестабилизированным.
Проводники, стабилизированные лишь до определенных значений тока /т</св,
принято называть частично стабилизированными.
Очевидно, что точки and (рис. 4-3) для данного значения а соответствуют
двум возможным пределам состояний комбинированного проводника, для
которых происходит деление тока между сверхпроводником и подложкой, т. е.
состояний, описываемых уравнениями (4-17) - (4-19). В самом деле, из этих
уравнений следует, что один из пределов /=0, когда весь ток течет по
сверхпроводнику, имеет место при i=l и в этом случае t> = 0 (точка а).
Другой предел /=1, когда весь ток течет через подложку, имеет место при
токе
lm=l IV<*~
Это очевидно из уравнения (4-17). Полученное значение iт, естественно,
совпадает со значением, определяемым уравнением (4-28) для точки d.
На вольт-амперной характеристике геометрическим местом равновесных
состояний проводника, соответствующих делению тока между сверхпроводником
и подложкой при 0</< 1, является линия, ограниченная точками а и d. Эта
линия, определяемая уравнением (4-18), изображена на рис. 4-3; вдоль нее
ТВ<Т<ТС.
Как видно из рисунка, вдоль линии а-d
dUJdKO, (4-29)
т. е. полное сопротивление комбинированного проводника R=dU/dI в этой
области состояний оказывается отрицательным.
Рассмотрим более подробно вопрос о возможности реализации состояний,
соответствующих участку а-d. При увеличении тока / в комбинированном
проводнике выше /св сверхпроводник 'переходит в нормальное состояние и
ток течет только по подложке. Однако перейти через значение /с можно лишь
в том случае, если источник тока может обеспечить напряжение на единице
длины комбинированного проводника, большее чем и = 1. Если после
достижения тока /с постепенно повышать напряжение на комбинированном
проводнике от нуля, то ток в проводнике будет уменьшаться; при этом будет
82
происходить перераспределение тока между сверхпроводником и подложкой с
увеличением доли тока, текущего по подложке.
Причина уменьшения тока при росте напряжения состоит в том, что при а>1
резистивное сопротивление сверхпроводника с ростом напряжения (точнее, с
ростом температуры проводника, обусловленным увеличением джоулева
тепловыделения в подложке при росте напряжения) возрастает по закону где
?>1. Если а<1, то ?<01 и ток в проводнике растет с ростом напряжения.
Наконец, при а=1 и |=1 резистивное сопротивление возрастает линейно с
ростом напряжения. Формально это реализуется как бесконечно большое
сопротивление на участке а-"Ь: до тех пор пока о^1, ток в комбинированном
проводнике не растет (/=/с), хотя напряжение на проводнике увеличивается.
Состояния системы, соответствующие линии а-d, являются неустойчивыми. В
самом деле, если комбинированный проводник включен в цепь источника,
обеспечивающего поддержание неизменного заданного тока, то для состояний,
соответствующих участку а-Ь, характерна следующая ситуация. Если ток в
цепи флюктуа-ционно понижается на некоторую малую величину, то источник
тока автоматически повышает напряжение на проводнике, стремясь обеспечить
повышение тока до первоначальной величины. Однако для рассматриваемых
состояний это повышение напряжения приводит к дальнейшему уменьшению тока
и т. д. до тех пор, пока система не окажется в состоянии, соответствующем
точке d. Аналогичным образом флюктуационное повышение тока приводит к
переходу системы в то же самое состояние.
Таким образом, для комбинированного проводника, у которого а>1, в области
значений тока /"п^?/ устойчивые состояния соответствуют участкам е-а (при
повышении тока от значений i<im) и b-d (при снижении тока от значения
i>l); участок а-d соответствует неустойчивым состояниям.
Рассмотрим случай и<1 (рис. 4-4). Как и в предыдущих случаях, при
увеличении тока I сверхпроводник остается в сверхпроводящем состоянии до
тех пор, пока ток не достигнет критической величины /св. В процессе
увеличения тока при /</св температура комбинированного проводника равна
температуре гелиевой ванны. Предположим, что при повышении критического
