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第二类超导体 界面能与杂质效应 第二类超导体——混合态 临界磁场： 混合态下的磁通格子 超导体内出现磁通格子 正常心 第二类超导体的理论分析 阿布里科索夫从G-L方程导出，在第二类超导体中，磁场其实是以量子化的量子磁通涡旋进入超导体内部的，一个 磁通量子为Φ0=h/2e(约为2.067×10-15Wb)。 重要的概念：界面能 界面能 普通的铁磁物质在外加磁场下： 顺磁——降低自由能——更稳定； 超导体在外加磁场下： （超导体具有完全抗磁性） 这相当于负磁化效应 ——自由能会增大 ——不稳定 超导与正常金属界面 超导区域与正常金属区域交界面： 正常金属区域：所有电子都是单电子 超导区域：一部分电子以电子对形式出现，（尺度~100-1000nm） 交界面：超导电子会向正常金属区域延伸， 正常电子会向超导区域延伸。 ?~10^-4 cm 交界区域的界面能 磁穿透深度λ会升高超导区的自由能 电子（正常金属→超导区）有序度 升高，因此能量降低。 这就有了两种相互拮抗的作用。 拮抗的两种结果 在界面的每单位面积上，界面能的大小： 界面区自由能增加； 界面区自由能减小。 第二类超导体→负界面能超导体 磁通量子化 超导体中磁通是量子化的， 第一类超导体：处于超导态的中空圆柱体，圆柱体内无磁通， 但中空的腔中磁通是量子化的。 第二类超导体：超导体内存在磁通格子，磁通格子也是量子化的。 磁通量子化 超导体——宏观物体 超导体的磁通量子化——宏观量子效应——稀有现象 前面的准备→解释混合态 混合态 负的界面能导致超导内部出现正常心， 这在能量上更为有利。 正常心倾向于占据更大的表面积， 又因为磁通量子化，正常心不能无限小， 最小为一个磁通量子——磁通格子形式 非理想的第二类超导体——实验观察 非理想超导体会有磁滞现象 对具有磁滞效应的第二类超导体的结构分析表明： 这些材料中有各种类型的缺陷：大量空穴，第二相的沉淀颗粒，化学杂质，位错群等，它们在材料中在? 尺度范围上造成不均匀性， 如果设法在材料制备过程时消除这些不均匀性，那么实验发现磁化曲线趋于可逆变化。 ?尺度的缺陷是造成非理想 超导体的“可疑人物”。 “钉扎”作用 不管外磁场是增加还是减小，磁通线都表现出“滞后”效应，现在可以肯定这种滞后效应是由于超导体内?尺度的缺陷造成的。 形象的名字——“钉扎”作用 非理想第二类超导体的临界电流 一直扩展到上临界磁场的电流平台是非理想第二类超导体的共有的典型特征，这类超导体的临界电流与晶体缺陷密切相关，适当增加缺陷可以提高临界电流。 “流阻”现象 1964年朱威斯坦等人在实验上发现，当超导体处于混合态时，样品出现了电阻。 非理想第二类超导体的理论分析 特点及突破口：缺陷——?尺度的缺陷 缺陷带来了什么？晶体缺陷附近会有一小段正常区域，对这些缺陷的利用在能量上会更为有利。 晶格缺陷——解释“钉扎”作用 晶格缺陷——解释“流阻”现象 晶格缺陷——解释“流阻”现象 概念 → 图像 交换虚声子——晶格畸变 BCS理论认为：当一个电子在晶格中运动时，会由于库仑相互作用而导致局域晶格畸变，这样，当另外一个电子通过时，会感受到第一个电子通过时导致的晶格畸变的影响，从而在两个电子之间间接产生吸引相互作用，相当于交换了虚声子。所有的电子对在运动过程中能够保持“步调一致”（物理上叫做相位相干，即具有相同相位），即使受到杂质等散射也将保持总动量不变，从而在外加电场作用下能够不损失能量而运动——这就是零电阻态的起源。 概念 → 图像 超导能隙 图示为空穴型铜氧化物超导体的费米面和能隙，超导Cooper对在费米面附近上形成。当参与配对的两个电子的动量大小相等，方向相反，且自旋相反时，对配对最有利。 配对后的电子将打开一个能隙，在铜氧化物超导体中，这个能隙会随着相对费米面的不同角度而变化，形成一个十字花瓣形。在反节点方向能隙最大，在节点处能隙为零，在90度范围内能隙大小呈现“V字形”分布。不同能隙区域还会有相位符号的变化。 总结 　　超导体的主要性质表现为： 　　①TTc，其 电阻率 实际上等于零。 　　② 存在临界电场。 ③存在临界电流。 　　④迈斯纳效应，超导体的完全抗磁性。 ⑤同位素效应 总结 第一类和第二类超导体 在已发现的超导元素中只有 钒 、 铌 和 锝 属 第二类超导体 ，其他元素均为第一类超导体，但大多数超导合金则属于第二类超导体。 第一类超导体只存在一个临界磁场Hc，当外磁场HHc时，呈现完全抗磁性，体内磁感应强度为零。 第二类超导体具有两个临界磁场 当外磁场HH