跳到主要内容
Sandbox Physics

磁场中的超导体

为什么有的超导体让磁场进来后,还能保持超导? 第二类超导体允许磁通集中在涡旋里进入,涡旋核心之间仍保持超导。磁场达到下临界场时开始进涡旋,接近上临界场才使体超导消失;第一类材料则只有一个体临界场。

在接近转变温度时比较两种合成材料。逐渐升高磁场,看排磁态如何变成涡旋态或正常态,再对照临界场曲线。

交互模型磁场中的超导体
下临界场Loading\text{Loading}
上临界场/热力学临界场Loading\text{Loading}
施加磁场Loading\text{Loading}
材料状态Loading\text{Loading}

观察后,再作比较

合成模型数据

临界场曲线与理想 Meissner 参考分别展示。

转变温度附近的临界场
磁场屏蔽剖面
数据、单位与参考边界

临界场曲线使用合成 GL 幅度参数。青色是第二类的上临界场或第一类的热力学临界场;蓝色是第二类的下临界场,琥珀色点是当前设置。

两个长度决定磁场怎样进入

背景穿透深度描述磁场屏蔽,相干长度描述超导序受到扰动后怎样恢复。

为什么值得理解Ginzburg–Landau 理论用它们之比区分两种体材料磁响应。

一句话直觉
涡旋让磁通穿过第二类样品,核心以外仍能保持超导。

核心数学模型

转变温度附近的特征长度

λ=λ∗(1−T/Tc)−1/2,ξ=ξ∗(1−T/Tc)−1/2\lambda=\lambda_* (1-T/T_c)^{-1/2},\quad\xi=\xi_* (1-T/T_c)^{-1/2}

带星号的是合成 GL 幅度参数,不是零温测量的外推值。

上临界磁感应强度

Bc2=Φ02πξ2B_{c2}=\frac{\Phi_0}{2\pi\xi^2}

在这个近似里,它随温度接近转变点而线性降为零。

大长度比样品的下临界场

Bc1≃Φ04πλ2(ln⁡κ+0.5),κ=λ/ξB_{c1}\simeq\frac{\Phi_0}{4\pi\lambda^2}(\ln\kappa+0.5),\quad\kappa=\lambda/\xi

这个 London 近似只用于长度比为六的合成第二类样品。

常见难点

怎样理解这个模型

容易误解图上的临界场曲线可以预言任意真实超导材料。

正确理解这里的幅度参数是教学设定。真实几何、钉扎和微观材料特性,都需要额外模型和测量。

动手实验

  1. 01

    让第一批涡旋进入

    比较“磁场绕过样品”和“涡旋进入样品”。

    你会看到: 理想体材料的图景里,下临界场标记磁通开始能够进入。
  2. 02

    让剩余超导消失

    选“超导消失”。

    你会看到: 超过上临界场后,整个样品成为正常态。
  3. 03

    换一种材料

    选“换成第一类样品”,再升高施加磁感应强度。

    你会看到: 体材料模型在热力学临界场处,从排磁态直接转到正常态。

相关实验与文章

这一页直接连着哪些内容

凝聚态物理 · 阅读路径

低温液体与超导有序

这条阅读路径里用到本实验的文章,后面跟着它们推荐的其他实验。

  1. 文章液氦怎样打开低温世界并带来超导发现
  2. 文章一块铜氧化物陶瓷怎样打开高温超导研究
  3. 实验BEC–BCS CrossoverBEC—BCS 交叉中的配对
  4. 文章超导有序怎样在空间里变化
  5. 文章磁通怎样进入超导体并排成涡旋晶格

凝聚态物理 · 阅读路径

磁性、无序与拓扑响应

这条阅读路径里用到本实验的文章,后面跟着它们推荐的其他实验。

  1. 文章二维超流为什么会消失?涡旋成对与解束缚
  2. 实验量子气体占据量子气体占据
  3. 实验量子涡旋工作室量子涡旋动力学
这个页面有错误、看不明白,或者缺了什么?告诉我们
反馈类型

提交时会附带本页地址、Lab ID、网站语言和设备类型。请不要填写个人信息。反馈最多保存 12 个月。隐私政策