Вся РоссияКомпании
здесь будут опции для поиска

Влияние магнитного поля на сверхпроводимость металлов


Как было сказано, при повышении температуры выше критической электронные пары распадаются, и электрическое сопротивление сверхпроводника восстанавливается. При определенной напряженности Н к магнитного поля, создаваемого как током, протекающим в сверхпроводнике, так и посторонними источниками, сверхпроводящее состояние проводника также исчезает. Критическая температура Т к и критическая напряженность магнитного поля Н к - взаимосвязанные величины. Если сверхпроводник поместить в магнитное поле, то каждой температуре Т к о соответствует определенное критическое магнитное поле Н к . При Н>Н к и температуре выше Т к проводник переходит из сверхпроводящего в нормальное состояние. Кривая на рис. 2-7 близка к параболе и может соответствовать уравнению

где Н о - критическое поле при Т → 0, полностью разрушающее сверхпроводимость.

Материал в сверхпроводящем состоянии подобен идеальному диамагнетику - магнитное поле выталкивается из него (эффект Мейснера). При Н>Н к магнитное поле проникает в глубь проводника, что приводит к исчезновению сверхпроводимости. В табл. 1-1 приведены критические значения напряженности магнитного поля Н к химических элементов, обладающих свойством сверхпроводимости. Значения Н к даны в теслах.

Наиболее пригодными для практического использования в качестве сверхпроводящих материалов оказались сплавы ниобия и циркония, ниобия и титана, ванадия и галлия, ванадия и кремния, ниобия и олова. Критическая температура и магнитная индукция сплавов приведены, в табл. 2-2.

Таблица 2-2

Критические температуры и магнитные индукции сверхпроводников 2-го рода

Соединение или сплав

Критическая температура, о К

Критическая

индукция при

0 о К, тл

Критическая

плотность

тока при 4 °К

во внешнем

поперечном

магнитном

поле 5 тл,

a/ мм 2

Механические свойства

V 3 Ga

V 3 Si

Ni 3 Sn

NbTi

(50-61 % Ti)

NbZr

(75% - Zr)

NbZr

(50% - Zr)

16,5

17,0

18,05

8,0-9,2

7,8

9,5

>35,0

15,6

18,3-22,5

11,0

10,5

11,5

-

-

~2000

~500

~500

~1000

Очень хрупкий To же

To же

Гибкий

То же

To же

По их свойствам сверхпроводники разделяют на два класса: идеальные (сверхпроводники 1-го рода) и неидеальные (сверхпроводники 2-го рода). К идеальным сверхпроводникам относят подавляющее большинство сверхпроводящих элементов. Им свойственны критические индукции, равные всего нескольким сотым или десятым тесла. Электрический ток проходит по поверхности жил этих проводников; внутреннее магнитное поле их равно нулю. Идеальные сверхпроводники теряют присущие им свойства и переходят в сверхпроводники 2-го рода, если они подвергаются механическим напряжениям или когда они образуют пленку, толщина которой меньше глубины проникновения тока в проводник (10 -5 см).

К сверхпроводникам 2-го рода относят некоторые сплавы или соединения ниобия, ванадия и других элементов. Электрический ток в них течет по всему сечению и плотность тока может достигать 1 000 а/мм 2 . При прохождении тока по жиле магнитное поле, создаваемое этим током, становится равным критическому, когда ток достигает критического значения (правило Силсби). Сверхпроводники 2-го рода допускают проникновение магнитного поля в толщу проводника. На рис. 2-8 приведено относительное сопротивление меди Δρ/ρ о (где ρ о - сопротивление при Н = 0) при 4,2° К при поперечном, и продольном магнитных полях (по Олсену и Риядереру). При продольном магнитном поле проявление этого эффекта более слабое. Объясняется это тем, что различные металлы имеют сложную поверхность Ферми. Когда сечение этой поверхности перпендикулярно направлению магнитного поля (когда электрон в пространстве импульсов движется по замкнутой орбите), сопротивление металла при увеличении магнитного поля стремится к насыщению. При изменении направления магнитного поля сопротивление некоторых металлов (медь, серебро, цинк, свинец, олово и др.) возрастает пропорционально квадрату напряженности магнитного поля. В проволоке малого диаметра или тонкой пленке (10- 3 см) соударения электронов с границей поверхности металла приводят к появлению дополнительного сопротивления, а наложение магнитного поля вызывает уменьшение этого сопротивления. Сверхпроводимость может исчезнуть также под влиянием собственного магнитного поля. Для длинной проволоки радиусом r предельная сила тока определяется достижением на поверхности проволоки критического значения напряженности магнитного поля:

Если сила тока превысит это значение, то в металле восстановится электрическое сопротивление и начнётся выделение Джоулева тепла. Из-за плохого отвода тепла вследствие испарения гелия и образования газовых пузырьков на поверхности проволоки, возможно, ее плавление.

Внешнее давление р вызывает смещение T к и изменение напряженности магнитного поля, разрушающего сверхпроводимость.


к содержанию