4 两类超导体基本特征.pdf
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1、4 4 两类超导体基本特征两类超导体基本特征两类超导体两类超导体存在着两种超导体。一种称为 I 型超导体,主要是金属超导体。它对磁场有着屏蔽作用,也就是说磁场无法进入超导体内部。如果外部磁场过强,就会破坏超导体的超导性能。这类超导体只有两个态,即低温超导态和正常态。另一种称为II 型超导体,主要是合金和陶瓷超导体。它允许磁场通过。为什么存在两类超导体呢?关键是超导态和正常态之间存在介面能。界面能界面能一般超导体内部磁场为零;但在一定条件下,磁力线也可以进入超导体内部。这种情况下,超导体内部同时存在超导区域和正常区域。在两区域的交界面上,存在附加的界面能。界面能可以大于零也可以小于零,大于零的超
2、导体称为第一类超导体,小于零的称为第二类超导体。当第一类超导体表面某部分(与形状有关)的磁场达到临界磁场 HC时,超导体即进入超导与正常区域相间的状态中间态。这些区域的大小具有宏观的尺寸,数量级为-210 cm。对于第二类超导体,由于界面能为负,超导与正常区域同时存在的状态(混合态)的能量更低。而在 HHC时,超导电性才完全消失。这类超导体的超导与正常区域的尺寸可-6-7以小到 10 10 cm。利用某些第二类超导体制成的超导强磁体;目前已得到广泛应用。第二类超导体(第二类超导体(type-type-superconductorssuperconductors)界面能小于零的超导体。根据超导体
3、在磁场中磁化曲线的差异,超导体可分为第一类和第二类两类。在已发现的超导元素中,只有钒、铌和钽属于第二类,其他元素均属第一类。然而大多数超导合金和化合物则属于第二类:它们的区分在于:第一类超导体的京茨堡-朗道参量1/,界面能为负。基于第二类超导体的某些性质(如磁化行为、临界电流等)对诸如位错、脱溶相等各种晶体缺陷十分敏感。只有体内组分均匀分布,不存在各种晶体缺陷,其磁化行为才呈现完全可逆,称为理想第二类超导体。反之,则称为非理想第二类超导体或硬超导体。非理想第二类超导体具有较大的实用价值。理想第二类超导体理想第二类超导体一细长圆柱状的理想第二类超导体,处于平行于轴方向的外磁场中时,其磁化曲线如下
4、图超导体的磁化曲线所示(图中还画出了第一类超导体的磁化曲线作为比较)。可以看到存在有两个确定的临界场,即下临界场 Hc1和上临界场 Hc2。当外磁场低于 Hc1时,超导体处于迈斯纳态,即磁场被排出超导体外。但从 Hc1开始,磁场部分地超导态穿透到超导体内部,而且随着磁场的增高,穿透程度也增加(-减少);一直到达到 Hc2时磁场才完全穿透超导体(=0),这时,超导体过渡到正常态。在Hc1HHc2内的状态,叫做混合态。一般地说,理想第二类超导体在 Hc1和 Hc2处的转变均属于二级相变。Hc1和 Hc2的值由下列理论公式确定:式中 Hc 为热力学临界磁场。它们与温度的关系都可近似地表示为。第二类超
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