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第一类与第二类超导体

/type Ⅰ and type Ⅱ superconductors/
条目作者闻海虎

闻海虎

最后更新 2022-06-16
浏览 234
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分别对应于界面能为正和负两种情形的超导体。

英文名称
type Ⅰ and type Ⅱ superconductors
所属学科
物理学

通过求解京茨堡-朗道方程,发现磁场达到一定值的时候,磁场会穿透到超导体中,形成不超导的正常区域和超导区域,其界面处的能量会出现正负之分。根据界面能的正负,将超导体分成第一类超导体(对应于正界面能)和第二类超导体(对应于负界面能)。当京茨堡-朗道参量时,,界面能是正,为第一类超导体。当时,,界面能是负,为第二类超导体。由于第一类超导体和第二类超导体的界面能正负属性之分,因此其热力学性质有很大差别。

处于外磁场中的块状样品,其所处的状态与退磁因子可取从0到1的值)有关。若退磁因子,如磁场平行于无限大平面或柱状超导体的长轴方向时,则在时样品处于迈斯纳态。当,则处于正常态,超导体失超。若,则在的范围,样品可处在有正常相和超导相两种相多个区域共存的中间态。时处于正常态,时处在迈斯纳态。在中间态,磁场穿透区域内的总磁通可以是量子化的,但不可细分成为单个磁通量子,因为对能量不利。第一类超导体的正常态区域有磁场穿透,会形成迷宫状的复连通体,可以用扫描磁力显微镜或比特成像技术进行观察。第一类超导体在零磁场的时候发生的相变是二级相变,而有磁场的时候发生的是一级相变。

对于退磁因子为零的第二类超导体块状样品,当外磁场超过下临界磁场的时候,磁场开始进入超导体,形成量子磁通线。这个临界磁场可用第一临界磁场(也称下临界磁场)来表述。穿透到第二类超导体中的磁场会细分成为一根总磁通量为韦伯的磁通线,这主要是因为界面能为负值的原因,磁通束可以细分成为磁通线,但在通常情况下,磁通线的磁通量不可以再分成更小。由超导区域和磁通线构成的态叫混合态。当磁场再继续增加,达到上临界磁场时,超导区域就完全消失。对于BCS理论描述的超导体,此时的库珀对也被拆散,变成了正常态电子。第二类超导体随着磁场增加,会先后从迈斯纳态,过渡到混合态,再到正常态,其相变均为二级相变。A.A.阿布里科索夫根据对京茨堡-朗道理论的求解,首次预言了这种磁通线状态,并预言会形成正方形的磁通晶格。但后来实验发现大部分第二类超导体中的磁通线晶格是三角形的。尽管如此,不能否认阿布里科索夫的预言是一个很伟大的理论工作,他与V.L.京茨堡一起获得了2003年的诺贝尔物理学奖。

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