сверхпроводники второго рода

СВЕРХПРОВОДНИКИ ВТОРОГО РОДА - сверхпроводящие материалы, составляющие один из двух классов, на к-рые подразделяются все сверхпроводники в зависимости от поведения в магн. поле.

Длинный цилиндр из С. в. р., помещённый в продольное магн. поле, обнаруживает полный Мейснера эффект лишь в полях, не превосходящих ниж. критич. поля H_С1 (см. Критическое магнитное поле, Сверхпроводимость). В полях с напряжённостью выше Н_С1и ниже Н_С2 (верх. критич. поле) магн. поток начинает проникать в цилиндрич. образец, однако даже при установлении термодинамич. равновесия поток, проходящий через цилиндр, имеет меньшую величину, чем в случае, когда образец находится в нормальном состоянии (неполный эффект Мейснера). Это указывает на наличие незатухающих токов в образце, к-рый, следовательно, находится ещё в сверхпроводящем состоянии. Образец полностью переходрит в нормальное состояние в полях с напряжённостью выше Н_С2(рис. 1). Вблизи поверхности образца из С. в. р. возможно образование тонкого сверхпроводящего слоя толщиной порядка длины когерентности при напряжённости магн. поля в интервале Н_С2 < Н < Н_С3 (поверхностная сверхпроводимость). Полная фазовая диаграмма схематически показана на рис. 2. У С. в. р. (в отличие от С. 1-го рода) переходы в магн. поле являются фазовыми переходами 2-го рода (см. Фазовый переход).

Рис. 1. Зависимость магнитной индукции (о) и намагниченности (С) для длинного сверхпроводящего цилиндра от напряжённости продольного магнитного поля. Сплошная линия - сверхпроводник 2-го рода, пунктирная - сверхпроводник 1-го рода.

Рис. 2. Фазовая диаграмма для сверхпроводника 2-го рода в форме длинного цилиндра в продольном магнитном поле: 1 - нормальное состояние; 2 - поверхностная сверхпроводимость; 3 - смешанное состояние; 4 - полный эффект Мейснера.

Идея о существовании в природе двух родов сверхпроводников высказана впервые в 1952 А. А. Абрикосовым и Н. В. Заварицким на основе эксперим. результатов Л. В. Шубникова с соавторами по кривым намагничивания сверхпроводящих сплавов (1937) и данных Н. В. Заварицкого по критич. полям тонких сверхпроводящих плёнок. Для С. в. р. в магн. поле неустойчивость по отношению к образованию зародышей сверхпроводящей фазы в нормальной возникает раньше, чем становится выгодным переход всего объёма образца в сверхпроводящее состояние. При этом граница раздела нормальной и сверхпроводящей фаз имеет отрицат. энергию, в отличие от С. 1-го рода, где эта энергия положительна. В результате при достаточно большом магн. поле (выше Н_С1) С. в. р. разбивается на большое кол-во чередующихся нормальных и сверхпроводящих областей, причём нормальные области несут квантованное значение магн. потока (см. Квантование магнитного потока).

Микроскопич. параметром, характеризующим принадлежность сверхпроводника к 1-му или 2-му роду, является отношение глубины проникновения магн. поля к длине когерентности , называемое параметром Гинзбурга - Ландау (см. Гинзбурга - Ландау теория ).Если, то материал является С. в. р. Среди чистых металлов к С. в. р. относится Nb. По мере введения примесей в С. в. р. материалы, являвшиеся С. 1-го рода в «чистом» состоянии, могут превращаться в С. в. р. Длина когерентности в сплавах, где - длина когерентности «чистого» материала, а l - длина свободного пробега электронов в сплаве. Длина когерентности может стать значительно короче уже при не очень большой (~1%) концентрации примесей. Глубина проникновения в сплавах(где - глубина проникновения для чистого материала), напротив, возрастает при введении примесей, поэтому для сплавов . Т.о., практически все сплавы (и неупорядоченные плёнки) являются С. 2-го рода. К С. в. р. принадлежат также оксидные высокотемпературные сверхпроводники.

Теория С. в. р. основывается на идее А. А. Абрикосова (1957) о наличии в них квантованных вихрей, образующих двумерную решётку (см. Решётка вихрей Абрикосова). Такие вихри существуют в интервале Н_С1 < Н < Н_С2 (смешанное состояние) и определяют термодинамич. и транспортные свойства С. в. р., в т. ч. макс. электрич. ток, к-рый может протекать по такому сверхпроводнику без сопротивления (критический ток ).В присутствии электрич. тока на вихрь действует Лоренца сила .Если вихри не закреплены на дефектах или неоднородностях материала, то они приходят в движение, в результате чего индуцируется электрич. поле и происходит диссипация энергии. В этом случае критич. ток равен нулю. Если образец не находится во внеш. магн. поле, то критич. ток совпадает с током, создающим на поверхности образца магн. поле, равное Я_С1, когда начинают образовываться вихри. Если же вихри закреплены на неоднородностях материала (п и н н и н г), то критич. ток определяется равенством силы Лоренца и силы пиннинга, удерживающей вихрь. Неоднородности материала можно создавать искусственно, повышая тем самым критич. ток пиннинга. Материалы с большим критич. током пиннинга (до 10⁵ А/см²) наз. жёсткими сверхпроводниками. Такие материалы используются для изготовления сильных сверхпроводящих магнитов.

Лит.: С а н Ж а м Д., С а р м а Г., Т о м а с Е., Сверхпроводимость второго рода, пер. с англ., М., 1970; Кемибелл А., И в е т с Д ж., Критические токи в сверхпроводниках, пер. с англ., М., 1975; Г о р ь к о в Л. П., К о п н и н Н. Б., Движение вихрей и электросопротивление сверхпроводников второго рода в магнитном поле, «УФН», 1975, т. 116, в. 3, с. 413. Н. Б. Копним.

   <<      Предметный указатель      >>