제2종 초전도체

Type-II superconductor
다양한 자기장과 온도에서의 초전도 거동.그래프는 절대 온도T의 함수로 자속B를 보여줍니다.임계 자속 밀도C1 B, BC2 및 임계 온도C T를 라벨로 표시한다.이 그래프의 아래쪽 영역에서는 Type-I 및 Type-II 초전도체 모두 마이스너 효과(a)를 나타낸다.자기장 소용돌이에 일부 계자선이 포착되는 혼합상태(b)는 그래프의 제한된 영역 내의 Type-II 초전도체에서만 발생한다.이 영역을 벗어나면 초전도 특성이 분해되고 물질은 정상 도체처럼 행동합니다(c).
SQUID 현미경을[1] 스캔하여 촬영한 200nm 두께 YBCO 필름의 소용돌이

초전도학에서 타입 II 초전도체는 중간 온도와 초전도 상위의 장에서 혼합된 통상 및 초전도 성질의 중간상을 나타내는 초전도체입니다.또한 외부 자기장이 적용된 자기장 소용돌이의 형성이 특징입니다.이것은 특정 임계 전계 강도c1 H를 초과하여 발생합니다.볼텍스 밀도는 전계 강도가 증가함에 따라 증가합니다.고임계장c2 H에서는 초전도성이 파괴된다.타입 II 초전도체는 완전한 마이스너 효과를 나타내지 않는다.[2]

역사

1935년, Rjabinin과 Shubnikov는[3][4] 실험적으로 Type-II 초전도체를 발견했다.1950년, Lev Landau와 Vitaly Ginzburg가 긴츠부르크-란다우 [5]이론에 대한 논문에서 두 종류의 초전도체 이론을 더욱 발전시켰다.그들의 주장에서, 타입 I 초전도체는 초전도체-정상 금속 경계의 양의 자유 에너지를 가지고 있었다.긴츠부르크와 란다우는 강한 자기장에서 불균일한 상태를 형성해야 하는 II형 초전도체의 가능성을 지적했다.그러나, 그 당시 알려진 모든 초전도체는 타입 I이었고, 그들은 타입 II 초전도 상태의 정확한 구조를 고려할 실험적인 동기는 없었다고 논평했다.자기장에서의 타입 II 초전도 상태의 거동에 대한 이론은 초유체에서의 양자 소용돌이에 대한 라르스 온사거와 리처드 파인만의 아이디어를 상세하게 설명한 알렉세이 알렉세예비치 아비코소프에 의해 크게 개선되었다.초전도체에서의 양자 소용돌이 용액은 또한 초전도체에서의 자속 양자화에 대한 프리츠 런던의 연구와 매우 밀접하게 관련되어 있다.노벨 물리학상은 2003년 [6]타입 II 초전도 이론으로 수여되었다.

소용돌이 상태

긴츠부르크-란다우 이론은 런던 자기장 투과 깊이 θ에 더해 초전도 코히렌스 길이 θ를 도입했다.긴츠부르크-란다우 이론에 따르면, 타입 II 초전도체 / > 1/스타일 \> 1{2에서 긴츠부르크와 란다우는 이것이 초전도 상과 정상 상 사이의 계면에 음의 에너지로 이어진다는 것을 보여주었다.음의 계면 에너지의 존재는 1930년대 중반 런던 형제의 초기 연구로부터도 알려져 있다.인터페이스에너지가 마이너스인 경우, 이러한 인터페이스의 수를 최대화하는 것에 대해서 시스템이 불안정할 필요가 있습니다.이 불안정성은 1936년 슈브니코프의 실험에서 두 개의 임계장이 발견될 때까지 관찰되지 않았다.

1952년 타입 II 초전도 관측 결과도 Zavaritskii에 의해 보고되었다.프리츠 런던은 자속이 정수 위상 권선을 가지며 양자화된 자속을 전달하는 위상 결함을 통해 초전도체를 관통할 수 있다는 것을 증명했다.온사거와 파인만은 양자 소용돌이가 초유체에서 형성되어야 한다는 [9][10]것을 증명했다.

A의 1957년 논문. A. Abrikosov는 이러한 아이디어를 일반화합니다.매우 짧은 간섭 길이의 한계에서 소용돌이 용액은 런던의 플럭소이드와 [8]동일하며, 여기서 소용돌이 중심 근처에서 초전도 응축수가 점차 사라지는 것이 아니라 급격한 컷오프에 의해 소용돌이 코어가 근사됩니다.Abrikosov는 소용돌이 [6]격자로 알려진 규칙적인 배열로 그들 자신을 배열하는 것을 발견했다.이른바 상한 임계 자기장 근처에서, 외부장에서의 초전도체의 문제는 라스 온사거와 리처드 파인만이 논의한 회전하는 초유체에서의 소용돌이 상태의 문제와 동등합니다.

플럭스 핀 접속

고온 초전도체의 소용돌이 핀에 의한 위치 메모리

소용돌이 상태에서는 플럭스 핀 접속이라고 불리는 현상이 가능해진다.제1형 초전도체는 자기장에 [12]의해 침투할 수 없기 때문에 이것은 불가능하다.

만약 초전도체가 필드에서 냉각된다면, 전기장이 갇힐 수 있고, 이것은 초전도체가 마찰이 없는 이음매나 베어링의 잠재성과 함께 자석 위에 매달려 있을 수 있습니다.플럭스 핀 접속의 가치는 리프트, 무마찰 접합 및 운송과 같은 많은 구현을 통해 확인된다.초전도층이 얇을수록 자기장에 노출될 때 발생하는 핀 접속이 강해집니다.

자재

타입 II 초전도체는 보통 금속 합금이나 복잡한 산화물 세라믹으로 만들어진다.모든 고온 초전도체는 타입 II 초전도체이다.대부분의 원소 초전도체가 I형인 반면, 니오브, 바나듐, 테크네튬은 II형 초전도체이다.붕소 도프 다이아몬드와 실리콘도 타입 II 초전도체입니다.금속 합금 초전도체는 타입 II의 거동(예를 들어 응용 초전도계에서 가장 일반적인 초전도체 중 하나인 니오브-티타늄)과 니오브-주석과 같은 금속간 화합물도 나타낼 수 있다.

다른 타입 II의 예로는 최고 초전도 임계 온도를 달성한 구리-페로브스카이트 세라믹 재료가 있습니다.여기에는 액체질소 끓는점(77K) 이상의 초전도성을 최초로 달성한 물질로 유명한 LaBaCuO, BSCCO, YBCO(Yttrium-Barium-Copper-Oxid) 등이 포함된다1.850.154.강한 소용돌이 핀 접속으로 인해 큐프레트는 이상적으로 단단한 초전도체에 가깝습니다.

중요한 용도

강한 초전도 전자석(MRI 스캐너, NMR 기계 및 입자 가속기에 사용)은 종종 니오브-티타늄 와이어 또는 더 높은 필드의 경우 니오브-주석 와이어에 감긴 코일을 사용합니다.이 재료들은 상당한 상부 임계장c2 H를 가진 타입 II 초전도체이며, 예를 들어 더 높은c2 H를 가진 큐레이트 초전도체와는 대조적으로 쉽게 와이어로 가공할 수 있습니다.그러나 최근 2세대 초전도 테이프는 값싼 니오브 기반 와이어를 훨씬 더 비싸지만 훨씬 높은 온도와 자기장 "2세대" 테이프에서 초전도성 와이어로 교체할 수 있게 되었습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Wells, Frederick S.; Pan, Alexey V.; Wang, X. Renshaw; Fedoseev, Sergey A.; Hilgenkamp, Hans (2015). "Analysis of low-field isotropic vortex glass containing vortex groups in YBa2Cu3O7−x thin films visualized by scanning SQUID microscopy". Scientific Reports. 5: 8677. arXiv:1807.06746. Bibcode:2015NatSR...5E8677W. doi:10.1038/srep08677. PMC 4345321. PMID 25728772.
  2. ^ Tinkham, M. (1996). Introduction to Superconductivity, Second Edition. New York, NY: McGraw-Hill. ISBN 0486435032.
  3. ^ Rjabinin, J. N. and Schubnikow, L.W. (1935) "초전도 합금의 자기 특성과 임계 전류", Physikalischryft der Sowjetunion, vol. 7, No.1, 페이지 122–125.
  4. ^ Rjabinin, J. N.; Shubnikow, L. W. (1935). "Magnetic Properties and Critical Currents of Supra-conducting Alloys". Nature. 135 (3415): 581. Bibcode:1935Natur.135..581R. doi:10.1038/135581a0.
  5. ^ 긴츠부르크, V.L. 및 L.D.(1950) Zh. Eksp. Teor. 피즈 20, 1064
  6. ^ a b A. A. Abrikosov, "Type II 초전도체와 소용돌이 격자", 노벨 강연, 2003년 12월 8일
  7. ^ London, F. (1948-09-01). "On the Problem of the Molecular Theory of Superconductivity". Physical Review. 74 (5): 562–573. doi:10.1103/PhysRev.74.562.
  8. ^ a b London, Fritz (1961). Superfluids (2nd ed.). New York: Dover.
  9. ^ Onsager, L. (March 1949). "Statistical hydrodynamics". Il Nuovo Cimento. 6 (S2): 279–287. doi:10.1007/BF02780991. ISSN 0029-6341.
  10. ^ Feynman, R.P. (1955), "Application of Quantum Mechanics to Liquid Helium", in WP Halperin (ed.), Progress in Low Temperature Physics, vol. 1, Elsevier, pp. 17–53, doi:10.1016/s0079-6417(08)60077-3, ISBN 978-0-444-53307-4
  11. ^ "Journal of Experimental and Theoretical Physics". www.jetp.ac.ru. Retrieved 2021-04-11.
  12. ^ 로젠, J. 박사 & 퀸, L. "초전도성"물리과학 백과사전 K. Cullen (에드).