无阻话超导超导材料及其应用之三

六,超导体的分类自超导体问世以来,已经发现了28种无素,近万种化合物(包括高Tc氧化物超导体)具有超导电性,随着超导体应用研究的深入.按其性质,超导体可分为两大类,第Ⅰ类超导体和第Ⅱ类超导体.第Ⅰ类超导体,它包括大多数纯金属,第1类超导体的特征之一是迈斯纳效应,即抵消由外加磁场在金属内部所产生的磁通量.当外加磁场加到大于临界磁场值时,磁力线会突然进入超导体内部,使超导态破坏.第Ⅱ类超导体,它包括大部分超导合金,情况比较复杂.当外加磁场逐渐加大时,由超导态转变成正常态要经过一个新的超导态--混合态.混合态是一种存在部份磁通线,抗磁不完整的超导态.人们定义,由完全抗磁性转变为混合态时的磁场值Hc1为下临界场,由混合态转变为正常态时的磁场值为上临界场,定义为Hc2(图1-7).关于超导体的微观理论的一些概念性问题将在铜氧化物超导体章节提及.根据第Ⅱ类超导体在静磁场中性质的差异,还可有理想第Ⅱ类超导体和非理想第Ⅱ类超导体之分.如果超导体的磁化曲线(B-H曲线)是可逆的,即磁化过程和退磁过程可以严格重复,这类超导体被称为理想的第Ⅱ类超导体,若磁化曲线是不可逆的,称它为非理想第Ⅱ类超导体.(图1-8)图1-8中,O-C1-C2-C1-O为理想第Ⅱ类超导体的可逆磁化曲线.O-C1-P-C2-O为非理想第11类超导体磁化曲线.当磁场从零增到Hc2之前,超导体表现出完全抗磁性,此时-4πM=H(O-C1线);当磁场超过Hc1后,-4πM开始偏离O-C1线,它随磁场的增加而增大,当磁场大于Hp后,它又随磁场的增加而减少(C1-P-C2线);当磁场大于Hc2时,超导体转变成正常态,-4πM=O;这时降低磁场,它的-4πM不沿原来的曲线P-C2回来,表现出不可逆性,而沿C2-O线变化.当磁场降到零,-4πM不等零,出现剩余磁矩.非理想第Ⅱ类超导体有很高的无阻传输能力.临界电流Ic是独立的临界参量,不和磁场存在简单的函数关系.除了磁化曲线不可逆这是非理想第Ⅱ类超导体主要特征之外,当它处于混合态时,进入超导体内的磁通分布是不均匀的,它不是分布在整个超导体内,而只是分布在超导体的边缘区域.在一个磁通体系中,每根磁通线都受到其他磁通的排斥作用.对于个一的均匀分布磁通线体系,来自其他磁通线的排斥力是相互抵消的,即每根磁通线实际上不受洛仑兹力的.对于磁通线非均匀分布的非理想第Ⅱ类超导体而言,情况就不同的.当有传输电流时,磁通线受着洛仑兹力的作用,磁通线将从密度较高的区域向密度低的区域流动,在非理想第Ⅱ类超导体中,磁通线不均匀分布并不随时间变化而变化.图1-9表示处于外磁场中的第Ⅱ类超导体制成的平板,外磁场方向垂直纸面.当它处于混合态时,若没有任何传输电流,那么涡旋线(即磁力线通道)的分布是均匀的,形成的磁通格子如图1-9(a)所示.当垂直于磁场方向通以直流电时,情况就不同了.由于传输电流本身的磁场方向在电流线的一侧与外磁场相同,另一侧.与外磁场相反,造成磁场的不均匀分布.上面已经指出,磁场的变化只能引起涡旋线数日的变化从而造成涡旋线的不均匀分布.考虑平行磁通涡旋线的排斥作用,使涡旋线由密的地区向疏的地区流动,称为磁通流动。磁通流动的结果造成一侧涡旋线消失(磁通淹没)而另一侧又不断地生成新的涡旋线,如图1-9(b)所示。图1-9,第Ⅱ类超导体的磁通格子和磁通流动在非理想第Ⅱ超导体中,除受到洛仑兹力的作用外,还受其他力的作用,它来自非理想第Ⅱ类超导体中的缺陷,杂质等不均匀性形成的钉扎中心,对磁通线产生的钉扎力,使磁通线牢牢地被通流的电阻,大大增加非理想第Ⅱ类超导体的传输电流.所以目前对于位错,晶界及钉扎中心性质、钉扎力的大小和脱钉过程等的研究已成为超导体研究的重要议题.



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