超导体的磁和电磁特性

关键字段

超导体的方式之一,可以被迫通过应用正常状态磁场。最弱的磁场会导致这个问题过渡被称为关键字段(H_c)如果样品的形式长,薄圆柱或椭球和面向领域的长轴平行于样品。(在其他配置示例从超导状态进入一个中间状态,有些地区是正常的,而其它的超导,最后进入正常状态。)关键字段增加而减少温度。为超导元素,它的值(H₀)绝对零度范围从1.1奥斯特为钽钨830奥斯特。

这些言论的临界磁场应用于普通(所谓的I型)超导体。在下面的部分中其他的行为(II型检查)超导体。

的迈斯纳效应

就像上面提到的,一种我在很长一段的形式超导体,薄圆柱或椭球仍在一个固定的超导温度作为一个面向轴向磁场应用,应用领域不提供超过一个关键值(H_c)。在这种情况下,超导体排除从他们内部的磁场,可以从电磁学定律预测和超导体没有电阻的事实。更惊人的效果发生如果磁场以同样的方式应用于相同类型的样本转变温度以上的温度,然后举行一个固定值,而样品冷却。发现样本良将成为超导磁通量。这叫做迈斯纳效应。完全驱逐的磁通量(一个完整的迈斯纳效应)发生在这种方式对于某些超导体,称为I型超导体,但只对样品的几何描述。其他形状的样品,包括中空的结构,部分磁通可以被困,产生一个不完整的或部分迈斯纳效应。

II型超导体磁行为不同。这种类型的材料的例子铌和钒(唯一II型超导体中化学元素)和一些合金和化合物,包括高T_c化合物。这种类型的示例,在很长一段的形式,薄圆柱或椭球,暴露在减少磁场轴向取向与样品,磁化强度的增加,而不是突然发生在关键字段(H_c),在逐渐集。开始在上面的关键字段(H_c₂完成),它在一个较低的关键字段(H_c₁;看到图2)。如果样品是其他形状的,是中空的,或不均匀或紧张,一些磁通量仍然被困,和一些磁化后的样本仍然应用领域是完全移除。已知的上临界磁场值扩展到6×10⁵奥斯特,的值复合铅、钼、硫PbMo与公式₆年代₈。

磁通量的驱逐I型超导体领域关键字段(以下H_c在下面领域)或II型超导体H_c₁从来都不是那样完成已经在这个简化的表示,因为这个领域一直渗透到样本小的距离,称为电磁穿透深度。值的穿透深度低温超导元素躺在从390到1300埃。当温度接近临界温度,穿透深度变得非常大。

高频电磁特性

上述描述有开门超导体的行为没有电磁场或稳定或缓慢变化的字段;超导体的性质在高频电磁场的存在,然而,也被研究过。

的能源缺口在超导体有直接影响的吸收电磁辐射。在低温下,一个微不足道的部分上面的电子热兴奋状态的差距,超导体可以吸收能源只有在量子化的至少两倍的差距能量(在绝对零度,2Δ₀)。在吸收过程中,一个光子(a量子被吸收的电磁能量),和一双库珀坏了;两个电子在两人变得兴奋。光子的能量(E)与频率(ν)由普朗克关系,E=hν,h是普朗克常数(6.63×10⁻³⁴焦耳秒)。因此,超导体只能吸收的电磁能量的频率至少2Δ一样大₀/h。

磁通量化

的法律量子力学规定,电子波的属性,属性电子可以归结为被称为什么波函数。如果多个波函数阶段(即。法案一致),他们说连贯的。超导理论表明,只有一个,相干量子力学波函数,确定所有超导电子的行为。因此,直接关系可以证明这些电子之间存在速度和磁通(Φ)封闭在超导体内部的任何闭合回路。事实上,由于磁通产生由于电子的运动,显示的磁通可以量化;即。,这个困通量的强度可以改变只有单位的普朗克常数除以两倍电子电荷。

当磁场进入II型超导体(上下之间的一个应用领域的关键字段,H_c₁和H_c₂),它的形式量化磁通量子,每个携带一个量子通量。这些磁通量子往往安排在常规的模式,已经被检测到电子显微镜和中子衍射。如果一个足够大的当前的通过超导体,磁通量子的举动。这个运动导致的能量耗散可以热超导体,开车进入正常状态。单位面积上的最大电流,超导体可以携带没有被迫进入正常状态称为临界电流密度(J_c)。在使超导线轨迹磁铁,制造商尝试修复磁通量子的位置通过导线不均匀作文。

约瑟夫森电流

如果两个超导体相距一个绝缘薄膜,形成低阻结,发现库伯对可以从一侧的隧道结。(这个过程除了单粒子隧道已经描述。)因此,电子的流动,称为约瑟夫森目前,生成和密切相关阶段的相干量子力学波函数的超导电子对双方的结。这是预测,一些新颖的现象应该可以观察到的,和实验已经证明了他们。这些方法统称为约瑟夫森效应或影响。

第一个现象是通过电流电压的连接没有连接。能流的最大电流在零电压取决于磁通(Φ)通过结结果结的电流所产生的磁场和其他地方。的依赖性最大问世至今电流之间的磁场应用于结两个超导体所示图3。

第二类型的约瑟夫逊效应是一个振荡电流造成的交界处的电压和频率之间的关系(ν)的电流与库伯对通过结。的频率(ν)约瑟夫森目前是由ν= 2eV/h,在那里e电子的电荷。因此,频率增加4.84×10¹⁴为每个额外的赫兹(每秒的周期数)伏特应用于结。这种效应可以以不同的方式显示出来。可以建立电压与直流(DC)权力的来源,例如,和振荡电流可以探测到的电磁辐射频率(ν)生成。另一种方法是让另一个频率的结辐射(ν′)生成的外部。它是发现的图直流电流和电压在当前步骤的约瑟夫逊频率对应的电压值积分倍数(n)的外部频率(ν=nν′);也就是说,V=nhν′/ 2e。这种类型的当前步骤的观察使得测量成为可能h/e远比用其他方法更精确,因此导致了大自然的基本常数的知识。