Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Супержетекші - қолданылатын магнит өрісінде магниттік вортекстердің (немесе айналымдардың) пайда болуымен сипатталатын материал. Супержетекшілікте, II типтегі супержетекші - аралық температурада және супержетекші фазалардан жоғары магнит өрістерінде қалыпты және супержетекші қасиеттердің аралас фазасын көрсететін супержетекші. Ол сыртқы магнит өрісі қолданылғанда магнит өрісі вортекстерінің (немесе айналымдардың) пайда болуымен де ерекшеленеді. Бұл белгілі бір Hc1 сындық өріс күшінен жоғары болады. Вортекс (немесе айналым) тығыздығы өріс күшінің артуымен бірге өседі. Жоғары Hc2 сындық өрісте супержетекшілік жойылады. II типтегі супержетекшілерде толық Майснер эффекті байқалмайды.
Superconductor characterized by the formation of magnetic vortices in an applied magnetic field
In superconductivity, a type II superconductor is a superconductor that exhibits an intermediate phase of mixed ordinary and superconducting properties at intermediate temperature and fields above the superconducting phases. It also features the formation of magnetic field vortices with an applied external magnetic field. This occurs above a certain critical field strength Hc1. The vortex density increases with increasing field strength. At a higher critical field Hc2, superconductivity is destroyed. Type II superconductors do not exhibit a complete Meissner effect.
Тарих
1935 жылы Ж. Н. Рябинин мен Лев Шубников эксперименттік түрде II типті суперөткізгіштерді ашты. 1950 жылы суперөткізгіштердің екі түрінің теориясын Лев Ландау мен Виталий Гинцбург өздерінің Гинцбург–Ландау теориясы туралы мақаласында одан әрі дамытты. Олардың пікірі бойынша, I типті суперөткізгіштің суперөткізгіш пен қалыпты металл шекарасының оң еркін энергиясы болған. Гинцбург пен Ландау күшті магнит өрістерінде біртекті емес күйде қалыптасатын II типті суперөткізгіштердің мүмкіндігін көрсетті. Алайда, сол кездегі барлық белгілі суперөткізгіштер I типті болды және олар II типті суперөткізгіш күйдің нақты құрылымын қарастыруға эксперименттік негіздің жоқтығын атап өтті. II типті суперөткізгіш күйдің магнит өрісіндегі мінез-құлқы туралы теорияны Ларс Онсагер мен Ричард Файнманның суперсұйықтықтардағы кванттық вихрьтер туралы идеяларын дамытқан Алексей Алексеевич Абрикосов едәуір жетілдірді. Суперөткізгіштегі кванттық вихрьтер Фриц Лондонның суперөткізгіштердегі магниттік ағынды кванттау жөніндегі еңбегімен тығыз байланысты. 2003 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығы II типті суперөткізгіштік теориясы үшін табысталды.
In 1935, J. N. Rjabinin and Lev Shubnikov experimentally discovered the type II superconductors. In 1950, the theory of the two types of superconductors was further developed by Lev Landau and Vitaly Ginzburg in their paper on Ginzburg–Landau theory. In their argument, a type I superconductor had positive free energy of the superconductor normal metal boundary. Ginzburg and Landau pointed out the possibility of type II superconductors that should form inhomogeneous state in strong magnetic fields. However, at that time, all known superconductors were type I, and they commented that there was no experimental motivation to consider precise structure of type II superconducting state. The theory for the behavior of the type II superconducting state in magnetic field was greatly improved by Alexei Alexeyevich Abrikosov, who was elaborating on the ideas by Lars Onsager and Richard Feynman of quantum vortices in superfluids. Quantum vortex solution in a superconductor is also very closely related to Fritz London's work on magnetic flux quantization in superconductors. The Nobel Prize in Physics was awarded for the theory of type II superconductivity in 2003.
Вортекстік күй
Гинцбург-Ландау теориясы лондондық магнит өрісінің ену тереңдігі λ-ға қосымша суперөткізгіш когеренттік ұзындығы ξ-ді енгізді. Гинцбург-Ландау теориясына сәйкес, Гинцбург пен Ландау ІІ типті суперөткізгіште бұл суперөткізгіш пен қалыпты фазалар арасындағы интерфейстің теріс энергиясына әкелетінін көрсетті. Теріс интерфейс энергиясының бар екендігі 1930 жылдардың ортасынан бастап Лондон бауырларының ертедегі жұмыстарынан белгілі болды. Теріс интерфейс энергиясы жүйе осындай интерфейстердің санын барынша арттыруға қарсы тұрақсыз болуы керектігін көрсетеді. Бұл тұрақсыздық 1936 жылы Шубниковтың эксперименттерінде екі сыни өріс табылғанға дейін байқалған жоқ. 1952 жылы Заварицкий ІІ типті суперөткізгіштікті байқау туралы хабарлады. Фриц Лондон магниттік ағынның топологиялық ақау арқылы суперөткізгішке енуі мүмкін екенін көрсетті, бұл ақау бүтін сан фазалық айналымға ие және квантталған магниттік ағынды тасымалдайды. Онсагер мен Фейнман кванттық вихрьтердің суперсұйықтарда пайда болуы керектігін көрсетті. 1957 жылғы А. А. Абрикосовтың мақаласы осы идеяларды жалпылады. Когеренттік ұзындығы өте қысқа лимитте вихрь шешімі Лондонның флюксоидімен сәйкес келеді.
Ginzburg–Landau theory introduced the superconducting coherence length ξ in addition to London magnetic field penetration depth λ. According to Ginzburg–Landau theory, in a type II superconductor Ginzburg and Landau showed that this leads to negative energy of the interface between superconducting and normal phases. The existence of the negative interface energy was also known since the mid 1930s from the early works by the London brothers. A negative interface energy suggests that the system should be unstable against maximizing the number of such interfaces. This instability was not observed until the experiments of Shubnikov in 1936 where two critical fields were found. In 1952 an observation of type II superconductivity was also reported by Zavaritskii. Fritz London demonstrated that a magnetic flux can penetrate a superconductor via a topological defect that has integer phase winding and carries quantized magnetic flux. Onsager and Feynman demonstrated that quantum vortices should form in superfluids. A 1957 paper by A. A. Abrikosov generalizes these ideas. In the limit of very short coherence length the vortex solution is identical to London's fluxoid,
Егер суперөткізгіш өрісте салқындатылса, өріс тұтқындалуы мүмкін, бұл суперөткізгіштің магниттің үстінде аспауға мүмкіндік береді, соның салдарынан үйкеліссіз қосылыс немесе подшипник құруға болады. Флюс-пинингтің маңыздылығы көптеген қолдануларда көрінеді, мысалы, көтергіштер, үйкеліссіз қосылыстар және көліктік құралдар. Суперөткізгіш қабат неғұрлым жұқа болса, магнит өрісіне ұшырағанда соғу күші соншалықты күшейеді.
If a superconductor is cooled in a field, the field can be trapped, which can allow the superconductor to be suspended over a magnet, with the potential for a frictionless joint or bearing. The worth of flux pinning is seen through many implementations such as lifts, frictionless joints, and transportation. The thinner the superconducting layer, the stronger the pinning that occurs when exposed to magnetic fields.
Материалдар
II типтегі суперөткізгіштер әдетте металл қорытпаларынан немесе күрделі оксидтік керамикадан жасалады. Барлық жоғары температуралы суперөткізгіштер II типтегі суперөткізгіштер болып табылады. Элементтік суперөткізгіштердің көпшілігі I типті болғанымен, ниобий, ванадий және технеций элементтік II типтегі суперөткізгіштер болып табылады. Бормен легирленген алмаз және кремний де II типтегі суперөткізгіштер болып табылады. Металл қорытпасы суперөткізгіштері II типтік мінез-құлықты көрсете алады (мысалы, ниобий-титан, қолданбалы суперөткізгіштерде ең көп қолданылатын суперөткізгіштердің бірі), сондай-ақ ниобий-қалайы сияқты металдар аралық қосылыстар да. Басқа II типтік мысалдар – ең жоғары суперөткізгіштік температурасына жеткен купратты перовскит керамикалық материалдар. Оларға La1.85Ba0.15CuO4, BSCCO және YBCO (иттрий барий мыс оксиді) жатады, ол сұйық азоттың қайнау температурасынан (77 К) жоғары суперөткізгіштікке қол жеткізген алғашқы материал ретінде белгілі. Купраттар күшті вихрь бекітуінің арқасында идеалды түрде қатты суперөткізгіштерге жақын.
Type II superconductors are usually made of metal alloys or complex oxide ceramics. All high temperature superconductors are type II superconductors. While most elemental superconductors are type I, niobium, vanadium, and technetium are elemental type II superconductors. Boron doped diamond and silicon are also type II superconductors. Metal alloy superconductors can also exhibit type II behavior (e. g., niobium–titanium, one of the most common superconductors in applied superconductivity), as well as intermetallic compounds like niobium–tin. Other type II examples are the cuprate perovskite ceramic materials which have achieved the highest superconducting critical temperatures. These include La1.85Ba0.15CuO4, BSCCO, and YBCO (Yttrium Barium Copper Oxide), which is famous as the first material to achieve superconductivity above the boiling point of liquid nitrogen (77 K). Due to strong vortex pinning, the cuprates are close to ideally hard superconductors.
Маңызды қолданыстар
Қатты суперөткізгіш электромагниттер (МРТ сканерлерінде, ЯМР машиналарында және бөлшектерді үдеткіштерінде қолданылады) көбінесе ниобий-титан сымдарынан немесе жоғары өрістер үшін ниобий-қалайы сымдарынан оралған орамдарды пайдаланады. Бұл материалдар Hc2 жоғарғы сыни өрісі жоғары II типті суперөткізгіштер болып табылады, және мысалы, одан да жоғары Hc2-ге ие купратты суперөткізгіштерге қарағанда, оларды сымдарға оңай өңдеуге болады. Бірақ, соңғы кезде 2-ші буын суперөткізгіш таспалары арзан ниобий негізді сымдарды әлдеқайда қымбат, бірақ әлдеқайда жоғары температурада және магнит өрістерінде суперөткізгіштік қасиеттері бар "2-ші буын" таспаларымен алмастыруға мүмкіндік береді.
Strong superconducting electromagnets (used in MRI scanners, NMR machines, and particle accelerators) often use coils wound of niobium titanium wires or, for higher fields, niobium tin wires. These materials are type II superconductors with substantial upper critical field Hc2, and in contrast to, for example, the cuprate superconductors with even higher Hc2, they can be easily machined into wires. Recently, however, 2nd generation superconducting tapes are allowing replacement of cheaper niobium based wires with much more expensive, but superconductive at much higher temperatures and magnetic fields "2nd generation" tapes.