Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
считать, "Что сверхпроводящее состояние характеризуется смесью
сверхпроводящих (т. е. объединенных в куперовские пары) и нормальных (т.
е. одиночных) электронов, то параметр ф можно определить как долю
сверхпроводящих электронов в этой смеси. В теории Гинзбурга- Ландау,
созданной в 1950 г., до появления теории Бардина - Купера - Шриффера,
когда микроскопическая природа сверхпроводимости была еще неясна,
величина ф определялась как параметр, по которому проводится разложение в
ряд свободной энергии сверхпроводника.
В уравнениях теории Гинзбурга-Ландау важнейшую роль играет параметр
Гинзбурга-Ландау
*=ЦТЩТ), (2-3)
W
где Я ( Г) -¦ лондоновокая глубина проникновения, удовлетворительно
описываемая эмпирическим соотношением
(2-4)
а ?(Т) - длина когерентности, определяемая соотношением
Величина |о представляет собой минимальное расстояние, на котором может
изменяться параметр упорядоченности или, иными словами, наименьший размер
сверхпроводящей области, окруженной нормальной областью. Длина
когерентности может рассматриваться также как размер куперовской пары.
Для большинства сверхпроводников |0~Ю~5-10-4 см; для переходных металлов,
таких, как тантал и ниобий, |о~Ю"~6 см; для сплавов Nb-Zr и
интерметаллических соединений Nb3SnHV3Ga |о~5-10~7 см.
А. А. Абрикосову (Л. 1-6] удалось приближенным способом решить нелинейные
уравнения теории Гинзбурга- Ландау1. Это позволило установить
фундаментальные закономерности природы сверхпроводящего состояния в
сверхпроводниках различных типов.
Как было показано Гинзбургом и Ландау [Л. 2-5], структура сверхпроводника
в сверхпроводящем состоянии определяется знаком поверхностной энергии на
границе раздела сверхпроводящей и нормальной фаз. Термодинамическое
рассмотрение изменения свободной энергии системы на границе раздела
указанных фаз (с использованием представлений о длине когерентности | и
глубине проникновения Я) показывает, что удельная
1 JI. П. Горьков [Л. 2-7] вывел уравнения феноменологической теории
Гинзбурга-Ландау из уравнений микроскопической теории Бардина - Купера -
Шриффера. По имени авторов работ [Л.2-5-2-7] современная
феноменологическая теория сверхпроводимости, увязанная с микроскопической
теорией, получила название теории .Гинзбу-рга - Л андау - Абрикосова, -
Горькова.
(2-5)
2-2. СВЕРХПРОВОДНИКИ I И II РОДА
15
свободная энергий поверхности раздела определяется соотношением
^в = (1_х)^. (2-6)
где ро=4зт* 10"7 Гн/м -магнитная постоянная.
Из этого уравнения следует, что если х< 1 (т. е. ?>Л), то fnoB>0 и,
следовательно, увеличение поверхности раздела между сверхпроводящей и
нормальной фазой для сверхпроводников этого типа является
термодинамически невыгодным. Увеличение поверхности раздела привело бы к
росту свободной энергии системы, что, как известно [Л. 2-2], в
самопроизвольном процессе невозможно. Свободная энергия системы достигает
минимума в том случае, когда величина поверхности раздела принимает
наименьшее возможное значение. Отсюда следует, что для сверхпроводников,
у которых fпов>0, стабильным является состояние с минимальной
поверхностью раздела фаз и, таким образом, проникновение нормальных зон в
сверхпроводящую область невозможно.
Иная картина наблюдается для сверхпроводников, у которых х> 1 (т. е.
|<Я.) и, следовательно, fпов<0. Очевидно, что для сверхпроводников этого
типа термодинамически выгодным является увеличение поверхности раздела
между сверхпроводящей и нормальной фазами, так как при этом свободная
энергия системы уменьшается. Отсюда следует, что для сверхпроводников, у
которых fпов<0, стабильным является состояние с развитой поверхностью
раздела фаз, т. е. с нормальными зонами, "вкрапленными" в сверхпроводящую
область.
Идеальные сверхпроводники с положительной поверхностной энергией принято
называть сверхпроводниками I рода, а идеальные сверхпроводники с
отрицательной поверхностной энергией-сверхпроводниками II рода.
Следует заметить, что более строгое рассмотрение, проведенное
Абрикосовым, приводит к выражению для поверхностной энергии, несколько
отличному от (2-6); при этом поверхностная энергия оказывается
положительной при х<1 IY2 и отрицательной при к>1/)/г2.
Рассмотренные выше идеальные сверхпроводники, для которых имеет место
эффект Мейсснера (внешнее магнитное поле уменьшается до нуля в
поверхностном слое толщиной порядка X) и у которых при определенной 16
индукции Вс сверхпроводимость разрушается, - 316 сверхпроводники I рода.
К их числу относятся "мягкие" металлы, такие, например, как ртуть, олово,
свинец, индий.
К числу идеальных сверхпроводников II рода относится ряд сплавов
(например, монокристаллы из сплавов типа РЬ-Те и Pb-In определенного
состава).
Рассмотрим основные свойства идеальных сверхпроводников II рода.
Очевидно, что термодинамически выгодное для таких сверхпроводников
проникновение нормальных зон в сверхпроводящую область представляет собой
проникновение внешнего магнитного поля в объем сверхпроводника.
