Общий курс физики Том 3. Электричество - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
340
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
|ГЛ. Ш
На ней располагаются точки (Тк, Вк). Из .кривой равновесия видно, как магнитное поле понижает температуру перехода в сверхпроводящее состояние. Ранее введенную критическую температуру мы обозначаем теперь через 7’к0, чтобы подчеркнуть, что это есть температура перехода в сверхпроводящее состояние при отсутствии магнитного поля (Ве = 0). Аналогичный смысл имеет обозначение В) 0.
8. До сих пор предполагалось, что сверхпроводящий образец имеет форму длинного цилиндра, а внешнее возбуждающее поле Ве однородно и параллельно оси образца. В этом случае магнитное поле на поверхности образца имеет одинаковое значение во всех
точках. При возрастании магнитного псля оно во всех этих точках достигнет критической величины Вк одновременно. Когда это произойдет, сверхпроводящее состояние будет разрушено ЕО всем объеме образца. Последний целиком перейдет в нормальное состояние.
Сложнее ведут себя образцы другой формы, так как в этих случаях критическое поле Вк в различных точках поверхности образца достигается при различных значениях Ве. Рассмотрим простейший случай, когда образец имеет форму шара и внесен в однородное магнитное поле Ве (рис. 201). Максимального значения магнитное поле на поверхности шара достигает на экваторе, где оно составляет 3/2 Ве (см. задачу 8). Поэтому разрушение сверхпроводимости должно начаться с экваториальных точек, а именно тогда, когда 3/2 Ве = Вк. Но при таком значении поля Ве в нормальное состояние не может перейти весь шар. В противном случае (так как ц = 1) магнитное поле во всем пространстве стало бы однородным и равным Ве = 2/3 Вк, т. е. меньше критического, а потому шар должен был бы вернуться в сверхпроводящее состояние. Разрушение сверхпроводимости в магнитном поле происходит путем «распада» шара на чередующиеся тонкие слои, а в случае тел более сложной формы — на малые области (домены) из сверхпроводящей и нормальной фаз, подобные доменам, на которые распадается ферромагнетик.
1
Рис. 200.
Рис. 201.
СВЕРХПРОВОДНИКИ И ИХ МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
341
Такое состояние распада сверхпроводника на сверхпроводящие и нормальные домены, связанное с его формой и обусловленное магнитным полем, называется промежуточным состоянием. Его существование было доказано прямыми опытами.
9. Одним из существенных факторов, определяющих поведение сверхпроводника, является поверхностная энергия, связанная с наличием границ раздела между нормальной и сверхпроводящей фазами. Эта энергия аналогична энергии поверхностного натяжения на границе раздела двух жидкостей. Однако в случае сверхпроводников поверхностная энергия может быть и положительной и отрицательной. Сверхпроводники, для которых поверхностная энергия положительна, называются сверхпроводниками I рода, а сверхпроводники с отрицательной поверхностной энергией — сверхпроводниками II рода. Долгое время считалось, что все сверхпроводники являются сверхпроводниками I рода. Возможность существования сверхпроводников II рода была теоретически предсказана в 1957 г. А. А. Абрикосовым (р. 1928).
Допустим, что сверхпроводящий образец имеет форму длинного цилиндра, а внешнее магнитное поле прилагается параллельно его оси. В таком случае никакого промежуточного состояния, связанного с формой образца, не возникнет. Однако при возрастании магнитного поля Вг сверхпроводники I и II рода будут вести себя по-разному. Если внешнее приложенное поле Ве достигает критического значения Вк, то в случае сверхпроводников I рода сверхпроводящая фаза становится термодинамически неустойчивой и весь образец переходит в более устойчивую — нормальную — фазу. Дробление сверхпроводника на малые сверхпроводящие и нормальные домены не наблюдается, так как на образование границ между ними требуется дополнительная затрата энергии. В соответствии с этим на диаграмме состояния сверхпроводника I рода существуют только две области: сверхпроводящая и нормальная (рис. 200). Не то будет в случае сверхпроводников II рода. Так как здесь поверхностная энергия отрицательна, то имеется возможность понижения полной свободной энергии системы путем дробления образца на сверхпроводящие и нормальные домены. Такое дробление не связано сфюрмой образца, а является внутренним свойством сверхпроводников II рода. Кроме того, в отличие от промежуточного состояния, где доменная структура сравнительно грубая и видна невооруженным глазом, домены в сверхпроводниках II рода значительно мельче (порядка 10~& см и меньше). Описанное состояние сверхпроводника II рода, в котором он существует в виде сверхпроводящих и нормальных доменов, называется смешанным состоянием. Надиаграммесостояниясверхпроводника II рода (рис. 202) различают три области: сверхпроводящую, область смешанного состояния и нормальную область. Границы между этими областями определяют «нижнее» Вк1 и «верхнее» В1Л критические поля.
342
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
[ГЛ. III
Сверхпроводники II рода (сверхпроводящие сплавы) нашли применения в качестве соленоидов, предназначенных для получения сильных магнитных полей (~Л00 кГс). Сверхпроводники I рода для этой цели не годятся из-за низких значений критических магнитных полей, разрушающих сверхпроводимость.
