在超导体中的涡漩物质---一个理想介观凝态物理试验室.PDF

在超導體中的渦漩物質一個理想介觀凝態物理實驗室 1 2 李定平 、儒森斯坦 1 2 南京大學物理系 國家理論科學中心 3國立交通大學電子物理系 E-mail: baruch@vortex 1.ep.nctu.edu.tw 引言 磁通稱為Abrikosov渦漩磁通.在1960年Essman和 Tauble用極細的鐵磁顆粒decoration的方法觀測到 在1911年Kamerling-Onnes在世界上第一個低溫實 這些渦漩磁通.渦漩磁通相互排斥﹐因此它們的排 驗室裡把金屬的溫度能夠降到很低.他們發現在4.2 列成六角形的格子看目前的掃瞄隧道放大器(STM) 度汞的電阻突然消失了.新的物態﹐超導態就這樣 圖二[2]. 被發現了.超導體的異乎尋常磁性特性在1933年被 Meissner和Ochsenfeld發現了﹕超導體完全排斥磁 通量(理想抗磁物質,perfect diamagnet).我們現在叫 這種完全排斥磁通量的超導體為第一類超導體 (type I superconductor).在1957年Abrikosov用 Ginzburg-Landau理論預測了另類有不同的磁性特 性的超導體的存在﹕現在稱為第二類超導(type II superconductor).在超導時磁通量可穿透這種超導 體.雖然它不是理想抗磁物質﹐這種材料的磁性和 其他物體的磁性也不同﹕在穿透第二類超導時磁 通量的均勻分佈部變成非均勻﹐離散的分佈﹐看圖 一[1]. 圖一 圖二 因此在這種超導體裡磁通被量子化.這些量子化的 ■ 640 ■ 物理雙月刊（廿四卷五期）2002 年 10 月 大多數超導體應用(如超導磁鐵﹐SQUID)採用第二 這種序參量他們構造出系統的自由能.從這個自由 類超導體﹐如Nb合金.第二類超導體的研究和應用 能極小化我們得到著名的Ginzburg-Landau方程.在 的重要性遠遠超過第一類超導.在磁場中的第二類 方程中有兩個相關的長度,穿透深度(magnetic 超導體裡渦漩磁通的動力學是最重要和熱門的研 penetration depth) λ T ,描述磁場的改變尺度﹐及 ( ) 究領域.在1986年超導物理經過一個新革命. Muller 和Bednorz發現了鈣鈦礦結構“高溫超導體” 相干長度(coherence length) ξ T .這兩個長度的 ( ) LaBaCuO.科學家花了六十多年的時間把低溫超導 體的臨界溫度 (critical temperature Tc)提高到二十 比率是超導材料的最重要參數κ λ T / ξ T . ( ) ( ) 度左右﹐但令人震驚的在一年以內鈣鈦礦結構超導 體的臨界溫度從三十度提高到一百度左右.最廣泛