Физика композитных сверхпроводников - Гуревич А.Вл.
Скачать (прямая ссылка):
магнитного поля, механического напряжения, деформации и других величин.
Таким образом, возникает характерная для гетерогенных сред ситуация,
когда от ''микроскопического" описания задачи удобно и естественно
перейти к макроскопическому. При этом сверхпроводящий композит
рассматривается как однородная анизотропная среда с некими эффективными
характеристиками. Определяют их, усредняя физические параметры жесткого
сверхпроводника и нормального металла матрицы по областям, содержащим
большое число элементов структуры композита (жилок, слоев, волокон,...).
Изучение макроскопических свойств композитных сверхпроводников и
протекающих в них процессов и составляет предмет интенсивно развивающейся
физики композитных сверхпроводников. В настоящей монографии предпринята
попытка описать ее с единых позиций.
В гл. 1 дан краткий обзор необходимых для дальнейшего сведений о физике
жестких сверхпроводников. Основное внимание уделено критическому
состоянию, вязкому течению магнитного потока и нелинейности вольт-
амперных характеристик в слабых электрических полях.
9
Гл. 2 во многом носит справочный характер. В ней описаны структуры
наиболее распространенных сверхпроводящих композитов и приведены их
типичные характеристики. К слову ''типичные" следует относиться с
известной осторожностью, так как в результате совершенствования
технологии изготовления композитных сверхпроводников, а также успехов в
материаловедении жестких сверхпроводников параметры сверхпроводящих
композитов постоянно улучшаются. Для удобства в книге приведены тепловые,
электрические и механические характеристики наиболее распространенных
сейчас жестких сверхпроводников Nb-Ti и Nb3Sn, а также меди и алюминия.
Гл. 3 посвящена диссипативным процессам в композитных сверхпроводниках,
находящихся в переменных электромагнитных полях. Рассмотрены
гистерезисные потери в жестких сверхпроводниках и потери в скрученных
многожильных сверхпроводящих композитах. Обсуждаются особенности
диссипативных процессов в волокнистых композитных сверхпроводниках.
В гл. 4 рассматривается устойчивость сверхпроводящего состояния в жестких
и композитных сверхпроводниках. Кроме того, обсуждается термомеханическая
неустойчивость низкотемпературного пластического течения металлов и
связанная с ней проблема Тренировки сверхпроводящих композитов. Большое
внимание уделено расчету токонесущей способности композитных
сверхпроводников.
Гл. 5 посвящена нелинейным тепловым явлениям в сверхпроводящих композитах
с транспортным током. Рассматриваются распространение и локализация
нормальной зоны в сверхпроводниках. Обсуждаются вольт-амперные
характеристики сверхпроводящих композитов и гистерезисные явления,
обусловленные джоулевым разогревом. Исследуются разрушение
сверхпроводящего состояния сильными тепловыми возмущениями и
распространение нормальной зоны в композитах с большими переходными
сопротивлениями между собственно сверхпроводником и нормальным металлом
матрицы.
ГЛАВА 1
ЖЕСТКИЕ СВЕРХПРОВОДНИКИ
В магнитном поле с индукцией В сверхпроводник второго рода находится в
смешанном состоянии (или в фазе Шубникова), если Вс1 < В < Вс2 *).
Величина Вс\ называется первым (или нижним), а ВС2 - вторым (или верхним)
критическим магнитным полем. Современные представления о микроскопической
структуре смешанного состояния впервые сформулированы в теоретической
работе Абрикосова [8].
Рис. 1.1. Структура вихревой нити, а) Силовые линии магнитного поля и
линии тока; распределения: б) Bz (г) ; в) /^(г)
Суть их состоит в том, что магнитный поток входит в сверхпроводник
второго рода в виде квантовых вихревых нитей (вихрей Абрикосова),
вытянутых вдоль магнитных силовых линий. Совокупность зтих вихревых
нитей, каждая из которых несет строго определенный магнитный поток -
квант магнитного потока Ф0, образует решетку вихревых нитей,
пронизывающих весь образец. Величина Фо определяется из микроскопической
теории и равна Ф0 = irh/e = 2-1СГ1 s Вб, где h - постоянная Планка, е -
заряд электрона. Теория Абрикосова, развитая на основе уравнений
Гинзбурга - Ландау, подтверждена огромным числом прямых и косвенных
экспериментов (см., например, [ 1 -6, 8-10]).
Изолированную вихревую нить можно представить себе следующим образом.
Центральная часть вихря (ствол или остов) имеет размер порядка
характерного масштаба изменения плотности сверхпроводящих алектро-
*) Свойства сверхпроводников второго рода подробно изложены, например, в
монографиях [1-6]; впервые экспериментально они были исследованы в работе
17].
11
нов ? (длина когерентности). Она практически целиком находится в
нормальном состоянии. По периферии вихревой нити текут замкнутые
сверхпроводящие токи. Эта область имеет размер порядка глубины
проникновения магнитного поля в сверхпроводник Л (глубина проникновения).
На рис. 1.1 изображены линии тока, распределение индукции Bz и плотности
сверхпроводящего тока j ^ в зависимости от расстояния г до оси вихря. Для
