Superconductivitate de tip II

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Relația dintre inducția magnetică B și temperatura T într-un supraconductor de tip II. În regiunea superioară, comportamentul este de fapt intermediar între conductor și supraconductor și se numește „ statul Abrikosov ”. Supraconductorii de tip I nu au faza intermediară între B c1 și B c2

În superconductivitate , un superconductor de tip II este astfel dacă, supus unui câmp de inducție magnetică de intensitate mai mare decât o anumită valoare critică, numită B c1 , care depinde de material și de temperatura acestuia, în interiorul acestuia apar vortexuri de câmp magnetic., Numit Abrikosov vortexuri sau fluxoni . [1] Mai mult, în timp ce sub valoarea B c1 are loc expulzarea completă a câmpului magnetic, așa cum este prevăzut de efectul Meissner [2] , peste această valoare densitatea vârtejurilor crește pe măsură ce intensitatea câmpului crește, până la următoarea valoare critică, numită B c2 , la care superconductivitatea este distrusă. Diferența față de supraconductorii de tip I este că primii, la atingerea B c1 , revin imediat la starea normală de conducere, fără a trece prin a doua fază [3] .

Istorie

Vortici într-o imagine de film YBCO cu grosimea de 200 nm obținută cu un microscop SQUID [4]

În 1935, Lev Shubnikov și JN Rjabinin [5] [6] au descoperit experimental supraconductorii de tip II, la 24 de ani de la descoperirea supraconductoarelor metalice pure. În 1950, teoria celor două tipuri de supraconductori a fost parțial explicată grație teoriei Ginsburg-Landau [7] (teoria poartă numele celor doi celebri teoreticieni ruși Vitaly Ginzburg și Landau ). Explicația comportamentului se datorează lui Abrikosov , care a extins modelul cu vortex cuantic al heliului superfluid dezvoltat de Onsager și Feynman la superconductori, împreună cu cuantificarea fluxului magnetic în superconductori. Abrikosov pentru teoria vârtejurilor magnetice care justifică comportamentul supraconductorilor de tip II a primit premiul Nobel pentru fizică în 2003 [8] .

Starea vortexului

Explicația poate fi dată pe baza teoriei Ginsburg-Landau care introduce pe lângă lungimea de penetrare a Londrei λ și lungimea coerenței.

O lungime care măsoară dimensiunea spațială a parametrului comenzii în superconductori (densitatea perechilor Cooper ). Raportul κ = λ / ξ , este cunoscut ca parametrul Ginzburg - Landa . Dacă această cantitate adimensională este 0 < κ <1 / √2, supraconductorul este de tip I, deoarece energia liberă este pozitivă în interfața normală metal-supraconductoare. Dacă κ > 1 / √2 în practică, dacă lungimea coerenței este mai mică decât lungimea de penetrare. Există o energie liberă negativă la interfața metalică normală supraconductoare. Energia interfeței negative determină instabilitatea sistemului, care tinde să maximizeze numărul de interfețe. Aceste interfețe se manifestă în material ca linii de flux magnetic care traversează materialul.

Prin realizarea unor regiuni normale ale materialului. Un curent circulant separă regiunile normale de cele supraconductoare și sunt numite prin analogie cu dinamica fluidelor vortexului Abrikosov.

Pe scurt, un supraconductor de tip II se comportă într-un câmp magnetic intens într-un mod echivalent cu vârtejurile cuantizate de heliu superfluid descrise de Feynman în 1955 [9] .

Magneți supraconductori

Superconductorii de tip I au câmpuri critice scăzute și, prin urmare, nu pot fi folosiți pentru a crea câmpuri magnetice intense. Așadar, încercarea lui Kamerling-Onnes de a produce magneți supraconductori din plumb a fost un eșec atât de mare încât, timp de aproximativ 50 de ani, nimeni nu a încercat să producă magneți supraconductori. În realitate, numai supraconductorii de tip II pot rezista curenților foarte intensi dacă vârtejurile cuantificate sunt fixate în puncte precise (numite centre de fixare ). Într-adevăr, în 1961, JE Kunzler, E. Buehler, FSL Hsu și JH Wernick [10] au descoperit că la 4,2 K, un compus din niobiu și staniu era capabil să reziste la un curent de într-un câmp de 8,8 T. În realitate, Nb-Sn este foarte fragil, chiar dacă poate funcționa până la câmpuri de 20 T. Nb-Ti este încă preferat, un aliaj descoperit în anul următor [11] [12] chiar dacă cel mult poate funcționa până la 10 T.

Cel mai mare număr de magneți supraconductori sunt cei utilizați pentru rezonanța magnetică nucleară și în prezent sunt toți în Nb-Ti. Magneții pentru mașinile mari de accelerare, cum ar fi LHC, utilizează magneți Nb-Ti, dar în viitorul apropiat vor folosi Nb-Sn. Supraconductorii cu temperatură critică ridicată descoperiți în 1986 de Bednorz și Müller [13] sunt toți supraconductori de tip II. În teorie pot genera câmpuri foarte intense, dar până în prezent nu sunt utilizate în magneți supraconductori mari în funcțiune din cauza dificultății de fabricație.

Notă

  1. ^ Abrikosov, AA (1957). Proprietățile magnetice ale aliajelor supraconductoare . Jurnalul de fizică și chimie al solidelor, 2 (3), 199-208.
  2. ^ M. Tinkham, Introducere în superconductivitate, ediția a doua , New York, NY, McGraw-Hill, 1996, ISBN 0-486-43503-2 .
  3. ^ ScienzaPerTutti, 4. Superconductori de tip I și II , pe Scienzapertutti.infn.it . Adus pe 7 decembrie 2020 .
  4. ^ FS Wells și et. al.,Analiza sticlei vortex izotrope cu câmp scăzut care conține grupuri vortex în YBa 2 Cu 3 O 7 - x filme subțiri vizualizate prin microscopie SQUID de scanare , în Scientific Reports , vol. 5, 2015, p. 8677, DOI : 10.1038 / srep08677 , PMC 4345321 , PMID 25728772 .
  5. ^ Rjabinin, JN și Schubnikow, LW (1935) "Proprietăți magnetice și curenți critici ai aliajelor supraconductoare", Physikalische Zeitschrift der Sowjetunion , vol. 7, nr.1, pp. 122–125.
  6. ^ JN Rjabinin și LW Shubnikow, Proprietăți magnetice și curenți critici ai aliajelor supraconductoare , în Nature , vol. 135, nr. 3415, 1935, p. 581, Bibcode : 1935 Nat . 135..581R , DOI : 10.1038 / 135581a0 .
  7. ^ Ginzburg, VL și Landau, LD (1950) Zh. Eksp. Teoretic. Fiz. 20 , 1064
  8. ^ AA Abrikosov, "Superconductorii de tip II și zăbrele vortexului" , Conferința Nobel, 8 decembrie 2003
  9. ^ RP Feynman, Aplicarea mecanicii cuantice la heliu lichid , în progres în fizica temperaturilor joase , progres în fizica temperaturii joase, vol. 1, 1955, pp. 17-53, DOI : 10.1016 / S0079-6417 (08) 60077-3 , ISBN 978-0-444-53307-4 .
  10. ^ JE Kunzler, E. Buehler, FLS Hsu și JH Wernick, Superconductivitate în Nb3Sn la densitate mare de curent într-un câmp magnetic de 88 kgauss , în Physical Review Letters , vol. 6, nr. 3, 1961, pp. 89-91, Bibcode : 1961PhRvL ... 6 ... 89K , DOI : 10.1103 / PhysRevLett . 6.89 .
  11. ^ TG Berlincourt și RR Hake, Studii de câmp magnetic-pulsat ale aliajelor metalelor de tranziție supraconductoare la densități de curent ridicate și scăzute , în Buletinul Societății Americane de Fizică , II-7, 1962, p. 408.
  12. ^ TG Berlincourt, Emergence of Nb-Ti as Supermagnet Material , în Cryogenics , vol. 27, n. 6, 1987, pp. 283-289, Bibcode : 1987Cryo ... 27..283B , DOI : 10.1016 / 0011-2275 (87) 90057-9 .
  13. ^ PJ Ford,Rise of the Superconductors , CRC Press, 2005.

Elemente conexe

Adus din „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Superconductivity_del_II_type&oldid=121932482 ”