Pole krytyczne

Dla danej temperatury pole krytyczne odnosi się do maksymalnego natężenia pola magnetycznego, poniżej którego materiał pozostaje nadprzewodzący. Nadprzewodnictwo charakteryzuje się zarówno doskonałym przewodnictwem (zerowa rezystancja), jak i całkowitym wydalaniem pól magnetycznych ( efekt Meissnera ). Zmiany temperatury lub gęstości strumienia magnetycznego mogą powodować przejście fazowe między stanem normalnym a stanem nadprzewodzącym. Najwyższa temperatura, w której obserwuje się stan nadprzewodnictwa, nazywana jest temperaturą krytyczną. W tej temperaturze nawet najsłabsze zewnętrzne pole magnetyczne zniszczy stan nadprzewodzący, więc siła pola krytycznego wynosi zero. Wraz ze spadkiem temperatury pole krytyczne wzrasta generalnie do maksimum przy zera absolutnym.

W przypadku nadprzewodnika typu I nieciągłość pojemności cieplnej $} \displaystyle T_ {\text{c}}}$ przy przejściu nadprzewodzącym jest generalnie związana z nachyleniem pola krytycznego ( ) w temperaturze krytycznej ( ${\ tekst {c}}$ ):

\ Displaystyle C _ {\ tekst {super}} -C _ {\ tekst {normalny}} = {T \ ponad 4 \ pi} \left({\frac {dH_{\text{c}}}{dT}}\right)_{T=T_{\text{c}}}^{2}}

Istnieje również bezpośrednia zależność między polem krytycznym a prądem krytycznym – maksymalną gęstością prądu elektrycznego, jaką dany materiał nadprzewodzący może przenosić przed przejściem do stanu normalnego. Zgodnie z prawem Ampère'a każdy prąd elektryczny indukuje pole magnetyczne, ale nadprzewodniki wykluczają to pole. W skali mikroskopowej pole magnetyczne nie jest całkiem zerowe na krawędziach danej próbki – obowiązuje głębokość penetracji . W przypadku nadprzewodnika typu I prąd musi pozostać zerowy w materiale nadprzewodzącym (aby był zgodny z zerowym polem magnetycznym), ale może następnie przejść do wartości niezerowych na krawędziach materiału na tej głębokości penetracji -skala długości, w miarę wzrostu pola magnetycznego. Dopóki indukowane pole magnetyczne na krawędziach jest mniejsze niż pole krytyczne, materiał pozostaje nadprzewodzący, ale przy wyższych prądach pole staje się zbyt silne i stan nadprzewodnictwa zostaje utracony. To ograniczenie gęstości prądu ma istotne implikacje praktyczne w zastosowaniach materiałów nadprzewodzących – pomimo zerowej rezystancji nie mogą one przenosić nieograniczonych ilości energii elektrycznej.

Geometria próbki nadprzewodzącej komplikuje praktyczny pomiar pola krytycznego – pole krytyczne jest definiowane dla próbki cylindrycznej z polem równoległym do osi symetrii promieniowej. W przypadku innych kształtów (na przykład sferycznych) może występować stan mieszany z częściową penetracją zewnętrznej powierzchni przez pole magnetyczne (a tym samym częściowym stanem normalnym), podczas gdy wnętrze próbki pozostaje nadprzewodzące.

Nadprzewodniki typu II pozwalają na inny rodzaj stanu mieszanego, w którym pole magnetyczne (powyżej dolnego pola krytycznego $przenikać$ wzdłuż cylindrycznych „otworów” w materiale, z których przenosi kwant strumienia magnetycznego . Wzdłuż tych cylindrów strumienia materiał znajduje się zasadniczo w normalnym, nieprzewodzącym stanie, otoczony nadprzewodnikiem, w którym pole magnetyczne wraca do zera. Szerokość każdego cylindra jest rzędu głębokości penetracji materiału. Wraz ze wzrostem pola magnetycznego cylindry strumienia zbliżają się do siebie i ostatecznie w górnym polu krytycznym nie pozostawiają miejsca na stan nadprzewodzący, a właściwość zerowej rezystywności wynosi ${\ Displaystyle H _ {\ text {c2}}}$ zaginiony.

Górne pole krytyczne

Górne pole krytyczne to gęstość strumienia magnetycznego (zwykle wyrażana w jednostkach tesli (T)), która całkowicie tłumi nadprzewodnictwo w nadprzewodniku typu II w temperaturze 0 K ( zero absolutne ).

Dokładniej, górne pole krytyczne jest funkcją temperatury (i ciśnienia), a jeśli nie są one określone, implikowane jest zero bezwzględne i ciśnienie standardowe.

Teoria Werthamera-Helfanda-Hohenberga przewiduje górne pole krytyczne ( $H c2$ ) w 0 K od $T c$ i nachylenie $H c2$ w $T c$ .

Górne pole krytyczne (przy 0 K) można również oszacować na podstawie długości koherencji ( $ξ$ ) za pomocą wyrażenia Ginzburga-Landaua $c2 =$ 2,07 ^: × 10-15 T⋅m 2 ^/ $(2 πξ 2)$ H .

Artykuły na temat nadprzewodnictwa używają $H c2$ lub $B c2$ zamiennie, ponieważ materiały nadprzewodzące często wykazują doskonały diamagnetyzm z podatnością $χ = -1$ , co skutkuje równymi wielkościami dla $| H c2 |$ i $| Bc2_|$ .

Niższe pole krytyczne

Niższe pole krytyczne to gęstość strumienia magnetycznego, przy której strumień magnetyczny zaczyna penetrować nadprzewodnik typu II.