Промежуточное состояние сверхпроводников. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Промежуточное состояние сверхпроводников - возникает в образце из сверхпроводника первого рода под действием внеш. магн. поля или магн. поля тока, протекающего по образцу. Промежуточное состояние реализуется, когда напряжённость магн. поля Н в определ. точках поверхности образца достигает величины критического магнитного поля Н_с, однако при полной утрате сверхпроводящих свойств (в тех же внеш. условиях) невозможно выполнить условие H

Н_с для всего образца. П. с. представляет собой смесь сверхпроводящих и нормальных доменов, характерный размер к-рых много меньше размеров образца. Термин "П. с." введён Р. Пайерлсом (R. Peierls, 1936). В неоднородном внеш. поле в образце могут одноврем. существовать большие области сверхпроводящей и нормальной фаз. Они обязательно разделены веществом в ромежуточном состоянии. Под действием тока, протекающего по образцу, может осуществляться т. н. динамич. промежуточное состояние, в к-ром границы раздела непрерывно движутся через образец (со скоростями

см/с), зарождаясь на одной его поверхности и исчезая на другой.

Образец в сверхпроводящем состоянии, помещённый в однородное постоянное внеш. магн. поле

, искажает пространств. однородность Н_е. Незатухающие электрич. токи, текущие в слое толщиной

0,1 мкм

- глубина проникновения)вблизи поверхности образца, полностью экранируют поле Н_е, так что внутри образца Н = 0 (Мейснера эффект ).Вне образца неоднородное магн. поле экранирующих токов складывается с Н_е, создавая картину силовых линий, огибающих образец. В качестве типичного примера рассмотрим образец в форме шара (рис. 1, а). Две точки, в к-рых вектор Н_еперпендикулярен поверхности шара, наз. "полюсами", а линия, вдоль к-рой Н_е касается поверхности шара, наз. "экватором". На поверхности образца макс. напряжённость поля H_макс достигается на "экваторе", а мин. напряжённость H_мин - на "полюсах". В сверхпроводящем состоянии H_мин = 0, H_макс = 3H_е/2.

Шар переходит в П. с. для значений Н_е, удовлетворяющих условию 2H_c/3 < Н_е < H_с. При этом на "полюсе" H_мин = ЗН_е-2Н_с, на "экваторе" H_макс = H_с и не зависит от величины Н_е. Часть магн. потока проникает в образец. В объёме образца возникают чередующиеся домены нормальной (К)и сверхпроводящей (S)фаз. В нормальных доменах поле H - Н_с, в сверхпроводящих - H = 0. Границы между h - S-доменами параллельны вектору Н_е и простираются вдоль Н_ена всю толщину образца. Сечение h - S-границ плоскостью, перпендикулярной Н_е, имеет вид извилистых линий, расположение к-рых определяется неконтролируемыми факторами. Масштаб структуры h - S-до-менов (d) в плоскости, перпендикулярной Н_е, зависит от величины поля. При Н_е

0,8 Н_с характерная величина

где D - диаметр шара, x - длина когерентности (см. квантовая теория). Эксперименты с оловянными шарами при D = 4 см и

= 0,3 мкм дали значение d = 0,2 мм, близкое к расчётному. Нормальные и сверхпроводящие области с размером

могут сосуществовать в равновесии только в сверхпроводниках 1-го рода, где глубина проникновения магн. поля

Для сверхпроводников второго рода при H > H_c₁(H_c₁ - величина 1-го критич. поля) возникает смешанное состояние, в к-ром нельзя выделить нормальные и сверхпроводящие области, т. к. характерный масштаб микроскопич. структуры смешанного состояния

Макроско-пич. электродинамика П. с. использует величины напряжённости поля Н_i и магн. индукции В_i, усреднённые на расстояниях L

d. H_i и B_i удовлетворяют ур-ниям магнитостатики divBi = 0, rotH_i = 0. На поверхности образца выполняются обычные условия непрерывности перпендикулярной компоненты В и тангенциальной компоненты Н. В П. с. силовые линии B_i || H_i - прямые, а величина H_i = Н_с (усреднение по h-доменам) и не зависит от внеш. поля. Для шара в однородном внеш. поле Вi || Н_е (рис. 1, б), а Вi= 3Н_е - 2Н_с достигает величины критич. поля при Н_е = Н_с. При Н_е > Н_с образец любой формы переходит в нормальное состояние. В отличие от обычного магнетика связь между В_i и H_i нелинейна. Роль магн. проницаемости играет величина m = B_i/H_c. В нормальном состоянии с хорошей точностью m = 1 поле становится всюду однородным: В_i = H_i = Н_е (рис. 1, в). Для произвольного эллипсоида вращения, помещённого в однородное внеш. поле Н_е, ур-ния магнетоста-тики имеют решения, выражаемые в элементарных функци-ях. При этом эллипсоид намагничен однородно, т. е. B_i = const. Если вектор Н_е направлен вдоль одной из осей эллипсоида, то B_i||H_e. П. с. возникает в диапазоне (1 - т)Н_c < Н_е < Н_с. Положительный коэф. m 8 1 зависит от отношения полуосей эллипсоида и наз. размагничивающим фактором. Величина индукции в образце B_i = Н_с -(Н_с - Н_е)/т. Для сферы фактор m =

. Длинный цилиндр можно рассматривать как предельный случай сильно вытянутого эллипсоида. Для вектора Н_е, параллельного оси цилиндра, т = 0.

Рис. 1. Распределение магнитного поля около сверхпроводящего шара: а - сверхпроводящее состояние; б - промежуточное состояние; в - нормальное состояние.

Поэтому в длинном цилиндре в продольном поле П. с. не возникает. При Н_е = Н_с образец переходит из сверхпроводящего в нормальное состояние, а индукция скачком меняется от нуля до В_i = Н_с. В поперечном поле размагничивающий фактор длинного цилиндра т =

. Если образец имеет форму тонкой пластины, то его можно рассматривать как предельный случай сильно сплющенного эллипсоида, причём для ориентации вектора Н_е перпендикулярно плоской поверхности пластины т

1 и диапазон П. с. О < Н_е < Н_с начинается с очень малых полей. В этом случае В_i = Н_е Для эксперим. изучения структуры П. с. применялись разл. типы миниатюрных датчиков магн. поля, напр. висмутовые измерители. Для визуального наблюдения структуры h - S-областей использовалась техника декорирования ферромагн. порошками, основанная на том, что ферромагн. частицы втягиваются в область сильного поля, т. е. в места выхода S-доменов на поверхность образца (рис. 2). Наиб. мощным совр. методом, позволяющим изучать динамику движения h - S-доменов, является магнитооптический. На зеркальную поверхность образца наносится прозрачная плёнка материала с очень высоким коэф. фарадеевского вращения плоскости поляризации (см. Фарадея эффект ).Как правило, для этого используются соединения редкоземельных элементов, напр. EuS + EuF₂. Линейно поляризованный свет, отражённый от образца, наблюдается через скрещенные поляроиды (см. Магнитооптика ).Участки выхода на поверхность образца S-доменов кажутся тёмными, а вблизи h-доменов, где плёнка повернет плоскость поляризации, видны светлые участки. Таким способом удаётся наблюдать даже очень сложную картину течения извилистых h - S-доменов в чистых и совершенных образцах при пропускании элек-трич. тока.

Риc. 2. Фотография промежуточного состояния в сверхпроводящей пластине, полученная методом ферромагнитных порошков. Тёмные полосы - выход на поверхность h-доменов, светлые - S-доменов.

Литература по промежуточному состоянию сверхпроводников

Знаете ли Вы, что cогласно релятивистской мифологии "гравитационное линзирование - это физическое явление, связанное с отклонением лучей света в поле тяжести. Гравитационные линзы обясняют образование кратных изображений одного и того же астрономического объекта (квазаров, галактик), когда на луч зрения от источника к наблюдателю попадает другая галактика или скопление галактик (собственно линза). В некоторых изображениях происходит усиление яркости оригинального источника." (Релятивисты приводят примеры искажения изображений галактик в качестве подтверждения ОТО - воздействия гравитации на свет)
При этом они забывают, что поле действия эффекта ОТО - это малые углы вблизи поверхности звезд, где на самом деле этот эффект не наблюдается (затменные двойные). Разница в шкалах явлений реального искажения изображений галактик и мифического отклонения вблизи звезд - 10¹¹ раз. Приведу аналогию. Можно говорить о воздействии поверхностного натяжения на форму капель, но нельзя серьезно говорить о силе поверхностного натяжения, как о причине океанских приливов.
Эфирная физика находит ответ на наблюдаемое явление искажения изображений галактик. Это результат нагрева эфира вблизи галактик, изменения его плотности и, следовательно, изменения скорости света на галактических расстояниях вследствие преломления света в эфире различной плотности. Подтверждением термической природы искажения изображений галактик является прямая связь этого искажения с радиоизлучением пространства, то есть эфира в этом месте, смещение спектра CMB (космическое микроволновое излучение) в данном направлении в высокочастотную область. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.