Критическое магнитное поле сверхпроводников

Критическое магнитное поле и критический ток. Ниже сверхпроводящее состояние можно разрушить, если поместить сверхпроводник в достаточно сильное магнитное поле. Макси- [c.258]

Для сверхпроводников характерно проявление абсолютного диамагнетизма, т. е. переход в сверхпроводящее состояние сопровождается исчезновением магнитной индукции внутри сверхпроводника (эффект Мейснера). Ток, проходящий в толще металла, при переходе в сверхпроводящее состояние превращается в поверхностный. Магнитное поле отлично от нуля только в очень тонком поверхностном слое. Глубина проникновения тока и магнитной индукции составляет Я см. Если толщина сверхпроводника близка к Я, то эффект проникновения начинает сказываться на свойствах сверхпроводников критические поля в тонких пленках существенно выше, чем для массивных образцов Н . [c.246]

Сверхпроводники обладают еще одной удивительной особенностью, природа которой весьма сложна, — это так называемое промежуточное состояние. Если принять, что электрическое сопротивление сверхпроводника равно нулю, то легко показать, что каждое вещество может находиться либо в сверхпроводящем, либо в нормальном состоянии без какой-либо промежуточной области между ними. Однако факт существования критического магнитного поля осложняет эту картину. [c.378]

Разрушение сверхпроводимости происходит как от наложения g внешнего магнитного поля, так и от магнитного поля, возникающего в результате движения тока по сверхпроводнику при достижении им критического значения большинства материалов Т составляет несколько °К, а значение Яо невелико и определяется тысячами и десятками тысяч а м (сотнями эрстед). Это обстоятельство явилось причиной того, что длительное время считалось невозможным техническое использование сверхпроводников, поскольку казалось невозможным использование токов большой плотности. [c.246]

Рис. 18. Вид магнитного поля, "вмороженного в тонкий спой сверхпроводника. Силовые линии концентрируются в маленьких областях, где поле достигает критического и сверхпроводимость нарушается Под действием тока эти нормальные области могут двигаться в направлении, перпендикулярном току

Все сверхпроводники делятся на сверхпроводники I и И рода. Основное различие между ними состоит в их поведении в магнитном поле. Сверхпроводящее состояние сверхпроводников I рода разрушается практически сразу же ио достижении магнитным полем критического значения. К сверхпроводникам I рода относятся все чистые сверхпроводящие вещества, за исключением ЫЬ. [c.222]

В приложениях часто возникают задачи, в которых система вблизи критической точки поставлена в неоднородные граничные условия или находится под действием неоднородного поля. Примерами таких задач являются сверхпроводники в магнитном поле, течения в сверхтекучем гелии, магнетики в неоднородных магнитных полях и т. д. В таких ситуациях необходимо пользоваться уравнениями для неоднородного поля упорядочения ф(х), получающимися путем минимизации термодинамического потенциала Ф ф). Приведем вывод таких уравнений для систем, описываемых вещественным скалярным полем упорядочения, и для систем с непрерывным вырождением. [c.209]

При температурах ниже определенной, свойственной данному металлу или сплаву, так называемой критической температуре Ткр, он переходит в сверхпроводящее состояние, в котором электрические и магнитные свойства резко изменяются по сравнению с теми, которые металл (сплав) имеет при обычных температурах. Основными свойствами сверхпроводников является полное отсутствие электрического сопротивления постоянному току, неизменность со временем магнитного потока в сверхпроводящем кольце, эффект квантования магнитного потока, невозможность проникновения внешнего магнитного поля вглубь сверхпровод- [c.36]

Явление сверхпроводимости уже вышло из стен научных лабораторий промышленность выпускает магниты, проволоку, ленты, кабель из сверхпроводящих материалов. Они являются компактными и дешевыми источниками сильных магнитных полей, что особенно важно для передачи электроэнергии на дальние расстояния, создания сверхмощных ускорителей элементарных частиц, удержания термоядерной плазмы. К началу 70-х годов наибольшую критическую температуру порядка 20—21,5° К имели несколько сплавов и соединений (металлидов), что дало возможность применять в криостатах не только жидкий гелий, но и водород. Однако сверхпроводники будут широко использоваться в энергетике больших мощностей и в иных областях техники, [c.38]

Известно, что при температурах, близких к абсолютному нулю, многие металлы и сплавы ведут себя как сверхпроводники — не оказывают сопротивления электрическому току. Сверхпроводимость проявляется и в другом свойстве сверхпроводников— их идеальном диамагнетизме, т. е. в том, что магнитное поле не проникает в толщу сверхпроводящего металла. Свойство сверхпроводимости появляется с понижением температуры не постепенно, а скачком, при определённой критической температуре Т . [c.95]

Необычными оказываются и магнитные свойства вещества в сверхпроводящем состоянии. В 1933 году Мейснер и Оксен-фельд обнаружили, что, если материал, обладающий сверхпроводящими свойствами и помещенный во внещнее магнитное поле, охладить ниже критической температуры, т.е. перевести его в сверхпроводящее состояние, то в этом состоянии магнитное поле будет выталкиваться из образна (рис. 13.2). Этот эффект называется эффектом Мейснера, и существование этого явления в сверхпроводнике указывает на то, что сверхпроводник является идеальным диамагнетиком. Но эффект Мейснера существует только до определенных величин приложенного магнитного поля. [c.299]

Можно предложить способ уменьшения вмороженного поля, который еще не применялся для экранировки, но может оказаться подходящим именно для больших экранов. Он состоит в использовании явления течения магнитного потока под действием тока в сверхпроводнике, которое исследовалось на небольших образцах [112, 113].Если внешнее магнитное поле направлено перпендикулярно тонкому слою сверхпроводника первого рода, например свинца, то оно вмораживается следующим образом магнитный поток концентрируется в небольших областях (как показано на рис. 18), где магнитное поле достигает критического и сверхпроводимость нарушается. Сверхпроводящий слой становится как бы изрешечен множеством нормальных областей, каждую из которых пронизывает поток порядка 100 0. Эти области обладают определенной подвижностью, и в силу этого даже замкнутый экран из сверхпроводника, но с вмороженным полем, не дает совершенной экранировки. Изменение внешнего поля немного перераспределяет поле, захваченное внутри экрана, так как при этом нормальные области передвигаются по экрану. Этот эффект вполне заметен, если перемещать постоянный магнит вне тонкостенного свинцового экрана, окружающего сквид-магнитометр. [c.74]

Для получения ультранизких температур можно использовать также адиабатное намагничивание сверхпроводника. Энтропия сверхпроводящего металла в нормальном состоянии при температуре ниже Тк—критической для данного сверхпроводника— больше, чем энтропия в сверхпроводящем состоянии. Следовательно, при адиабатном наложении магнитного поля температура сверхпроводника будет снижаться. [c.75]

В сверхпроводниках первого рода при полях меньше критического Вс, которое увеличивается при Т < Тс с понижением температуры, проникновение магнитного потока внутрь сверхпроводника не происходит. При полях больше критических сверхпроводник переходит в нормальное состояние. [c.305]

СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ МАТЕРИАЛЫ, сверхпроводники— материалы, обладающие сверхпроводимостью. К С. м. относятся почти все чистые металлы, двух- и многокомпонентные сплавы, металлиды, некоторые полупроводниковые материалы и неорганические полимеры. Наибольшее применение получили С. м для сильнотоковых устройств, напр, для сверхпроводящих магнитных систем и сверхпроводящих линий электропередач. Их критические параметры критическая т-ра Т , критическое магнитное поле (в сверхпроводниках с высокими критическими параметрами есть три критических поля Я — поле начала проникновения потока в сверхпро- ф водник — поле перехода всего [c.345]

Критическая т-ра и критическое магнитное поле — более или менее стабильные характеристики материала данного состава. Критическая плотность тока — крайне структурно чувствительная характеристика, зависящая от способа получения, обработки и др. У VgGa, напр., она составляет 2,9-10 а/с.ч в поле 120 кэ и 8,5-10 а/см в поле 200 кэ. Чтобы улучшить стабильность С. м. по отношению к спонтанному переходу в нормальное состояние в докритиче-ском режиме, их покрывают нормальным (пе сверхпроводящим) металлом с высокой электро- и теплопроводностью (чаще всего медью). По соотношению количества нормального металла и сверхпроводника и по связанному с этим поведению материала в магнитном поле под токовой нагрузкой С. м. подразделяют на полностью стабилизированные, частично стабилизированные и нестабилизирован-ные. К наиболее распространенным С. м. относятся сплавы ниобия, в особенности ниобий — титан, носкольку из этих сплавов обычными методами плавки, механической и термической обработки можно изготовлять различного типа проводники (проволоку, кабели, шины и др.). Металлиды, хотя и обладают гораздо более высокими критическими параметрами, из- [c.345]

Сверхпроводники. Явление сверхпроводимости — нулевое электросопротивление материалов при температуре жидкого гелия — было открыто в 1911 г. Г. Камерлинг-Оннесом. Еще в 30-х годах в ряде физических институтов Академии наук СССР проводились эксперименты но изучепинз физической природы сверхпроводимости. Однако интенсивное развитие исследований сверхпроводящих материалов началось только после открытия жестких сверхпроводников — группы сверхпроводящих материалов, обладающих сравнительно высокими температурами перехода в сверхпроводящее состояние, большими критическими магнитными полями и плотностями критического тока. Уже первые экснериментальпые исследования сверхпроводящих материалов, проведенные в 1961 — 1963 гг. в Институте металлургии им. А. А. Байкова (Е. М. Савицкий), Физическом институте (В. Л. Гинзбург), Институте физических проблем АН СССР, Институте металлофизики АН УССР и других, а также в вузах и втузах СССР, показали существенную зависимость рабочих критических параметров сверхпроводящих материалов от химического и фазового состава, деформации, термообработки и других факторов, определяемых процессами их получения. [c.73]

Ряд исследователей [10, 15, 20, 39, 43, 44, 48] анализировали верхние критические магнитные поля карбидов и нитридов в терминах теории ГЛАГ для жестких сверхпроводников (например, [c.226]

По характеру поведения в магнитном поле сверхпроводники подразделяются на две группы. К первой группе, называемой сверхпроводниками первого рода, относятся мягкие металлы-такие как свинец, олово и ниобий, с температурами перехода, не превышающими 9 К. В сверхпроводниках первого рода наблюдается полное выталкивание потока в полях, меньших критического Н , которое обычно не превышает 1 ООО Гс. К сверхпроводникам второго рода относятся механически более твердые материалы-в основном сплавы и различные соединения. Для них значения критических полей выше-до 10 Гс, а температура перехода достигает 21,5 К. В этих материалах поток полностью выталкивается только в том случае, если внешнее поле не превосходит нижнего критического значения которое составляет 10 Гс. При больших полях магнитный поток начинает проникать внутрь образца, который, однако, продолжает сохранять сверхпроводящие свойства, пока поле не достигнет верхнего критического значения Я 2- Здесь сверхпроводимость исчезает, и металл переходит в обычное состояние. Сверхпроводники первого рода используются в случаях малых значений поля для магнитного экранирования, например в магнитометрах, применяющихся для исследования горных пород (см. ниже). В случае сильных магнитных полей необходимо применять сверхпроводники второго рода. Большинство сквидов также изготавливается из этих материалов, обычно из нагартованных ююбия или сплава ниобий-титан. [c.149]

В сверхпроводниках II рода при напряженностях магнитного поля, меньших ннмснего значения Якь имеет место эффект Мейснера, т. е. магнитное поле в толщу образца не проникает, а при напряженностях больше Як поле проникает в образец в виде пронизывающих его тонких нитей. Между нитями вещество остается сверхпроводящим. При дальнейшем повышении напряженности поля нити сближаются между собой. При некотором значении Я, 2 (верхнее критическое поле) образец переходит в нормальное состояние. Таким образом, между значениями Нк и Я 2 эф- [c.222]

Изменения сверхгфоводящих параметров гетерофазных сверхпроводников следует в силу указанной вьпие причины ожидать и при циклировании внешним магнитным полем. Весьма интересными е точки зре а1Я возможной реализации обсуждаемого механизма представляются результаты работы [527], в которой экспериментально обнаружено увеличение верхнего критического поля и температуры сверхпроводящего перехода в системе H NbSe2 (х < 0,01),подвергнутой циклической обработке внешним шгнитным полем при температурах ниже критической температуры исходного кристалла. [c.251]

Значительно более высокие плотности критического тока наблюдаются на азотированных проволоках, монокристаллах и тонких пленках. На рис. 119 представлены зависимости /с—Я для тонких пленок МЬ—Т1—Ы, значения Тс которых представлены на рис. 113 [37]. При увеличении Тс до 15 К были получены значительно лучшие характеристики — Я, которые приведены на рис. 120 [38]. Они определялись в магнитных полях постоянного тока, перпендикулярных поверхности пленки и направлению тока. При определении /с обычно использовался критерий 10 мкВ. Высокие значения /с для пленок в больших полях сравнимы со значениями, полученными для других сверхпроводников, таких, как ЫЬзЗп или УзОа. [c.226]

Ряд металлич. проводников при темп-рах меньше (критическая темп-ра, характерная для данного материала) переходят в т. н. сверхпроводящее состояние. Значения очень низки (обычно несколько градусов Кельвина). Главное свойство сверхпроводников — отсутствие электрич. сопротивления постоянному току. Для нпх характерно также существование т. н. эффекта Мейснера, состоящего в том, что внешнее магнитное поле Я, меньшее, чем нек-рое Яд,, не проникает в глубь сверхпроводника. Оба свойства имеют в своей основе один и тот же физич. феномен — образование связанных нар электронов (эффект Купера) вследствие действия особых сил притяжения между электронами, возникающими благодаря обмену энергией с кристаллич. решеткой. Эти силы иритяжения при достаточно низких темп-рах становятся сильнее электростатнч. отталкивания электронов. После образования пар электронная жидкость приобретает свойство сверхтекучести, что и проявляется в падении сопротивления до нуля. [c.487]

Сверхпроводник нетерпим к магнитному полю. Какую нп придать форму сверхпроводнику, магнитные силовые линии обходят его. Но если увеличивать силу приложенного поля, то в конце концов наступит момент, когда онп проникнут внутрь проводника и тут же уничтожат сверхпроводимость. Резким скачком металл перейдет из сверхпроводящего состояния в норлгальпое, песмотря на то, что температура останется ниже критической. [c.153]

Очень перспективно использование сверхпроводимости для создания мощных электромагнитов. Пригодные для этого Вещества должны сохранять сверхпроводимость при возможно высокой плотности тока и возможно сильных Магнитных полях. На рис. ХУ-15 показана схема установки, применяемой для оценки таких качеств сверхпроводников как только плотность тока или магнитное поле достигает критической величины, утеря сверхпроводимости находящимся в жидком гелии образцом обнаруживается по отклонению стрелки вольтметра. В частности, было установлено, что при плотности тока 100 тыс. а/сл и магнитном поле в 88 тыс. гс сверхпроводимость NbзSn еще не теряется. [c.476]

Известно, что термоэлектрические эффекты в смешанном состоянии сверхпроводника 2 рода со слабым пиннингом аналогичны появлению термоэлектрического сопротивления в протяженных джозефсоновских контактах в поперечном магнитном поле [30]. В присутствии противоположно направленных токов противоионов нормальной и сверхпроводящей компонент, вызванных потоком тепла, возникает взаимодействие между абрикосовскими вихрями. Вихри переходят в движение, которое сопровождается возникновением напряжения, когда сверхпроводящий ток, индуцированный тепловым потоком, превышает критический ток пиннинга. Джозефсоновская генерация, обусловленная критической разностью температур (ДЕ 10 ° К), зависит от величины магнитного поля, параллельного плоскости поляризации джозефсоновской среды, и является существенно немонотонной [31]. [c.377]

В 1933 г. Мейснер и Оксенвельд обнаружили, что внешнее магнитное поле не проникает внутрь сверхпроводника, если его значение не превышает некоторого критического значе- [c.264]

В течение многих лет считалось, что все свойства сверхпроводников могут быть объяснены отсутствием электрического сопротивления. Поэтому предполагали, что если к телу (например, сферической формы) приложено внешнее магнитное поле, величина которого меньше критической, то оно не сможет проникнуть в данное тело, так как на поверхности сверхпроводника возникает незатухающий электрический ток. С другой стороны, считалось, что если к сферическому телу, находящемуся в нормальном (не сверхпроводящем) состоянии, приложить магнитное поле, то при охлаждении его до сверхпроводящего состояния поле окажется замороженным в этом теле. В 1933 г. такой опыт был поставлен Мейснером и Оксенфельдом [35], которые, к своему удивлению, обнаружили, что при переходе образца в сверхпроводящее состояние он вытесняет магнитное поле (эффект Мейснера). Таким образом, кроме отсутствия электрического сопротивления (или электрического поля), сверхпроводящее состояние тела характеризуется тем, что его магнитная индукция равна нулю. [c.377]

Последние годы ознаменовались повышенным интересом к явлению сверхпроводимости, а тем самым и к жидкому гелию. Суть дела в том, что известные ранее так называемые идеальные сверхпроводники характеризуются очень низкими температурами перехода из нормального в сверхпроводящее состояние (от 0,47° К для рутения до 8,7° К для ниобия) и, что особенно существенно, низкими значениями критической напряженности Як магнитного поля — порядка сотен гаусс. Это исключало возможность применения сверхпроводников в электротехнике магнитные поля, которые может создать подобный сверхпроводник, на 1 — 2 порядка меньше создаваемых в обычном трансформаторе. Исследования последнего десятилетия ознаменовались обнаружением новых жестких сверхпроводников — сплавов МЬдЗп, ЫЬ—7г, Мо—Тс, Мо—Ре с более высокими температурами перехода (10,8—18° К) при температуре жидкого гелия эти сплавы, находясь в сильном магнитном поле (60—100 кэ), способны пропускать большие токи (10 —10 а см ), оставаясь в сверхпроводящем состоянии [55]. Это позволяет изготовлять из сверхпроводящих сплавов соленоиды, пригодные для получения сильных магнитных полей. Уже получено магнитное поле порядка 7-10 э при помощи сверхпроводящего магнита [55, 56] и есть основания полагать, что этим путем можно получить магнитные поля свыше 10 5 . [c.23]

В сверхпроводниках второго рода имеется два критических поля. При поле, меньшем нижнего критического значения Вс, магнитный поток не проникает внутрь образна. Когда поле больше верхнего критического поля Вс2, весь образен переходит в нормальное состояние. При значениях Вс1 < В < Вс2 происходит частичное проникновение поля в образен, в котором возникает сложная структура чередуюшихся областей с нормальными и сверхпроводяшими типами проводимости. [c.305]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология