Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
5с2~Фо/4?2 (2-13)
Таким образом, при В>Вс2 сверхпроводник находится в нормальном состоянии.
Следует, однако, отметить, что строго говоря, при превышении Вс2
сверхпроводимость полностью разрушается в объеме сверхпроводника, но
тонкий сверхпроводящий слой (толщиной около НИ5см) сохраняется на
поверхности образца до полей В<Вс3,
где Вс3 ^ 1,69Вс2 [Л. 2-12].
В-Т-диаграмма сверхпроводника II рода схематически изображена на рис. 2-
3; область под кривой Вс1(Т) соответствует полностью сверхпроводящему
состоянию, область над кривой Всг(Т)-полностью нормальному состоянию и
область между этими кривыми - смешанному состоянию. Фазовые переходы в
идеальном сверхпроводнике II рода при В=Вс1 (переход из сверхпроводящего
в смешанное состояние) и при В~Вс2 (из смешанного в нормальное состояние)
являются с термодинамической точки зрения фазовыми переходами второго
рода.
Выше было отмечено, что по сверхпроводнику I рода, несмотря на отсутствие
у него 'сопротивления, не удается пропустит* достаточно значительные
токи. Рассмотрим теперь вопрос о возможности переноса тока идеальным
сверхпроводником II рода.
В отличие от кольцевых поверхностных токов в сверхпроводниках I рода и от
вихревых токов вокруг вихревых нитей будем в дальнейшем называть ток в
сверхпро-
1 Сверхпроводники с высокими значениями х (порядка 10-100) переходят в
нормальное состояние при полях, меньших поля, соответствующего смыканию
рихревых нитей, благодаря парамагнитному -.ффекту [Л. 2-11],.
20
Рис. 2-3. В-Г-диаграмма
сверхпроводника II рода.
воднике, возбуждаемый от внешнего источника, током переноса.
Если в сверхпроводнике I рода ток может протекать только по
поверхностному слою (т. е. там, где дВ/дхФ0), то в идеальном
сверхпроводнике II рода при Bci<B<Bcz, когда магнитное поле проникает в
объем сверхпроводника, электрический ток переноса может течь практически
по всему сечению, не занятому вихревыми нитями.
Очевидно, что этот ток переноса, текущий по сверхпроводнику,
взаимодействует с магнитным нолем, т. е. с вихревыми нитями. Поскольку
размеры сверхпроводника конечны и, следовательно, возможности
существенного пространственного перераспределения тока переноса
ограничены, указанное взаимодействие приводит к перемещению вихревых
нитей под действием силы Ел. Значение и направление этой силы
определяются законом Ампера, который для рассматриваемого случая
запишется в виде
E, = l[JXBdV, (2-14)
v
где J - плотность тока переноса, V - "объем" вихревой нити.
Пренебрегая изменениями плотности тока на расстояниях порядка размера
вихревой нити, получаем:
Ел=<роУХп ]/, (2-15)
где п - единичный вектор по направлению вихревой нити; I - длина этой
нити.
В ра'ботах по сверхпроводникам II рода силу F", действующую на вихревую
нить, принято называть лоренцо-вой силой, хотя, разумеется, этот термин
не вполне точен, поскольку под лоренцо вой силой обычно подразумевается
сила, действующая на электрон, движущийся со скоростью v в магнитном поле
с индукцией В, т. е. Рл0р= =evXB.
Очевидно, что при наличии тока переноса и при
В>ВС1 магнитное поле внутри идеального сверхпровод-
ника II рода, "носителями" которого являются 'вихревые нити, является
движущимся. Это движущееся магнитное поле приводит к возникновению э. д.
с., направленной вдоль тока (совершенно аналогично случаю движения
проводника с током в стационарном магнитном поле). В результате
выделяется джоулево тепло, температура
21
становится выше критической для данного поля и сверхпроводник переходит в
нормальное состояние при полях, значительно меньших, чем Bcz. Таким
образом, идеальные сверхпроводники II рода, подобно идеальным
сверхпроводникам I рода, не пригодны для переноса сколько-нибудь
значительных токов. [Исключение представляет случай, когда направление
тока переноса совпадает с направлением магнитного поля; в этом случае,
как видно из (2-14) и (2-15), /7Л=0.] Следовательно, сверхпроводники этих
типов не могут быть использованы для создания сильноточных
сверхпроводящих конструкций.
Особым классом сверхпроводников являются неидеальные сверхпроводники II
рода. Они подобны идеальным сверхпроводникам II рода с той точки зрения,
что при В>Вс1 находятся в смешанном состоянии, а при В=Вс2 и при
отсутствии тока переходят в нормальное состояние. Отличительной
особенностью неидеальных сверхпроводников II рода является наличие у них
дефектов и неоднородностей кристаллической структуры, в связи с чем в
сверхпроводниках этого типа действует механизм, препятствующий свободному
движению вихревых нитей. Количество дефектов кристаллической структуры,
неоднородностей состава и т. п. зависит от способа получения, состава,
характера механической и термической обработки. Эти дефекты структуры
играют роль центров, на которых удерживаются вихревые нити. Их принято
называть удерживающими центрами.
К числу неидеальных сверхпроводников II рода относятся сплавы, а также
ряд чистых "твердых" сверхпроводников. Наиболее важные с точки зрения
