Кіріспе
Флюс-пининг – II типті суперөткізгіштегі флюс-вортциктердің суперөткізгіштің ішкі бөлігінде қозғалуына кедергі келтіріліп, магнит өрісі сызықтары сол орындарға «бекітілген» кезде пайда болатын құбылыс. Суперөткізгіш II типті болуы керек, себебі I типті суперөткізгіштерге магнит өрісі енбейді. Бірақ, кейбір I типті суперөткізгіштер де, егер олардың қалыңдығы жеткілікті жұқа болса, флюс-пининг әсерін сезінуі мүмкін. Материалдың қалыңдығы Лондонның ену тереңдігімен салыстырылатын болса, магнит өрісі материалдан өтіп кетуі мүмкін. Магниттік ену процесі флюс-пинингке мүмкіндік жасайды. Жоғары магнит өрістерінде (төменгі Hc1 критикалық өрісінің жоғарысында, бірақ Hc2 жоғарғы критикалық өрісінің төменінде) суперөткізгіш магнит ағынының суперөткізгіш ток айналымымен қоршалған квантталған пакеттер түрінде өтуіне рұқсат береді (кванттық айналымға қараңыз). Мұндай ену орындары флюс түтіктері деп аталады. Бірлік аудандағы флюс түтіктерінің саны магнит өрісіне пропорционалды, ал пропорционалдық константасы магнит ағыны квантына тең. Мысалы, 76 миллиметр диаметрі және 1 микрометр қалыңдығы бар диск, 28 кА/м магнит өрісіне жақын болса, шамамен 100 миллиард флюс түтігін қамтиды, олар суперөткізгіштің 70 000 есе салмағын ұстап тұрады. Төмен температурада флюс түтіктері орнында бекітіліп, қозғалмайды. Осы бекіту суперөткізгішті орнында ұстап тұрып, оның левитациялауына мүмкіндік береді. Бұл құбылыс Мейснер эффектісімен тығыз байланысты, бірақ бір маңызды айырмашылығы бар – Мейснер эффектісі суперөткізгішті барлық магнит өрістерінен қорғайды, ал бекітілген күйдегі суперөткізгіш дискісі флюсты және суперөткізгішті орнына бекітеді.
Flux pinning is a phenomenon that occurs when flux vortices in a type II superconductor are prevented from moving within the bulk of the superconductor, so that the magnetic field lines are "pinned" to those locations. The superconductor must be a type II superconductor because type I superconductors cannot be penetrated by magnetic fields. Some type I superconductors can experience the effects of flux pinning if they are thin enough. If the material's thickness is comparable to the London penetration depth, the magnetic field can pass through the material. The act of magnetic penetration is what makes flux pinning possible. At higher magnetic fields (above lower critical field Hc,1 but below upper critical field Hc,2 ) the superconductor allows magnetic flux to enter in quantized packets surrounded by a superconducting current vortex (see Quantum vortex). These sites of penetration are known as flux tubes. The number of flux tubes per unit area is proportional to the magnetic field with a constant of proportionality equal to the magnetic flux quantum. On a simple 76 millimeter diameter, 1 micrometer thick disk, next to a magnetic field of 28 kA/m, there are approximately 100 billion flux tubes that hold 70,000 times the superconductor's weight. At lower temperatures the flux tubes are pinned in place and cannot move. This pinning is what holds the superconductor in place thereby allowing it to levitate. This phenomenon is closely related to the Meissner effect, though with one crucial difference — the Meissner effect shields the superconductor from all magnetic fields causing repulsion, unlike the pinned state of the superconductor disk which pins flux, and the superconductor in place.
Маңыздылық
Жоғары температуралы керамикалық суперөткізгіштерде "флюс жылжуына" (flux creep) жол бермеу үшін флюс бекітуі қажет, себебі ол жалған кедергі тудырып, сындық ток тығыздығы мен сындық өрістің екеуін де төмендетуі мүмкін. Флюс жылжуына байланысты жоғары температуралы суперөткізгіштің қасиеттерінің нашаруы осы суперөткізгіштерді қолдануды шектейтін фактор болып табылады. SQUID магнитометрлері үлгіні бұрмалау үшін қолданылатын суперөткізгіш магниттегі флюс жылжуына байланысты қолданылатын өріс белгілі бір диапазонында дәлдігі төмендейді, ал жоғары температуралы суперөткізгіш магниттердің максималды өріс күші сындық өрістің төмендеуі салдарынан күрт азаяды.
Мүмкін болатын қолданулар
Флюс-пинингтің маңызы көптеген қолданыстарда көрінеді, мысалы, көтергіштер, үйкеліссіз қосылыстар және тасымалдау. Суперөткізгіш қабат неғұрлым жұқа болса, магнит өрісіне ұшырағанда соғу күші соншалықты күшейеді. Суперөткізгіш магниттің үстінде, кез келген беттерден қашық орналасқандықтан, үйкеліссіз қосылыс жасау мүмкіндігі туады. Көлік – флюс-пининг технологиясы революция жасап, өзгерте алатын тағы бір сала. Париж Дидро университеті MagSurf-ты флюс-пинингті пайдаланып, адамды тасымалдауға болатын, ховерборд тәрізді эффект жасау үшін жасады, бұл технологияның тиімділігін көрсетеді. Рио-де-Жанейро Федералды университеті де ағындылық тіреуге негіделген MagLev жүйесін, Maglev Cobra деп аталатын, дамытып жатыр, ол қазіргі қалалық теміржол жүйелерінен кішірек өлшемді болуға бағытталған. Микроқұрылғылар үшін дірілдерді оқшаулау үшін флюс-пининг эффектін қолдану бойынша да зерттеулер жүргізілді. Суперөткізгішті кеңістікте бекіту мүмкіндігі серіппе сияқты демпфер ретінде пайдаланылуы мүмкін. Бұл идея спутниктердің бөліктеріндегі дірілдерді оқшаулау үшін ұсынылған.
Басқа дереккөздер
Болашақ ғылымы жоғары температуралы суперөткіштерге кіріспе. American Magnetics суперөткіштердегі магнит өрісін шығару және флюс бекіту туралы оқулық. Cern Lhc құжаттамасы: Суперөткіштердің тұрақтылығы. Bi₂Sr₂CaCu₂O(8+δ) жоғары Tс суперөткішгіш таспаларында (Sr,Ca)₁₄Cu₂₄O(41+δ) және Sr₂CaAl₂O₆ ақауларын пайдалану арқылы флюс бекіту (T. Haugan; et al. AFB OH Ұйымдастыру дирекциясы. Әуе күштері ғылыми-зерттеу зертханасы Райт Паттерсон. 2003 жылғы қазан). Магниттік жолмен суперөткізгіш магниттік левитация (MagLev). Итака колледжі физикалық демонстрациясы: Мейснер эффектісі және флюс бекіту.
Superconducting Magnetic Levitation (MagLev) on a Magnetic Track Ithaca College Physics demonstration of the Meissner effect and flux pinning.