Явления магнитного потока

Магнитный поток является величиной, определяемой интегралом

, (7)

где - векторная плотность магнитного потока направленного нормально к поверхности.

Квант потока (Ф₀) является основной единицей магнитного потока. Его величина записывается в виде

Ф₀ = .

Флюксоид Ф является кратной величиной кванта - потока Ф_о , часто единичной, который определяется для каждой нормаль­ной области внутри флюксоида как

Ф = Ф_m+ (единицы СГС)

= Ф_m + μ₀λ² (единицы СИ),

где Ф_m - магнитный поток, определенный выше, λ – глубина проникновения, - локальная плотность тока для замкнутого контура , окружающего несверхпроводящую область.

Квантование потока является макроскопическим ана­логом квантования углового момента в атомных системах. Для СП 2 рода в смешанном состоянии каждый флюксоид, как правило, содержит один квант потока, если граница интегрирования расположена не слишком близко к поверхности или вихрю с высокой локальной скоростью электронов. В очень тонком кольце или кольце с переходами Джозефсона, оба множителя в интегралах могут вносить вклад в интеграл флюксоида и, поэтому Ф_m само собой не квантованный.

Вихрь Абрикосова (вихрь потока) - область проникновения магнитного поля в СП 2 рода, которая также содержит обычно только один квант потока и окружена циркулирующим током, в виде тонкой трубки (вихрь) потока, В однородном и свободном от физических де­фектов материале вихри потока отталкиваются друг от друга и в области больших полей обра­зуют устойчивое треугольное расположение или вихревую решетку (решетку потока).

Захваченный (замороженный) поток представляет магнитный поток, который сохраняется в сверхпроводнике, при уменьшении приложенного магнитного поля, он имеет противоположное направление. Захваченный поток может видоизменяться при изменениях температуры, электрического тока или магнитного поля.

Движение потока есть любое движение линий магнитного потока (вихрь) или его пучков, индуцированное силами Лоренца, созданными электри­ческим током или переменными магнитными полями. В технических сверхпроводниках 2 рода или грязных сверхпроводниках, силы пиннинга могут быть достаточно большими и препятствовать любому движению потока.

Поверхностный барьер – это энергетический барьер, препятствующий движению, зародившихся у поверхности сверхпроводника вихрей Абрикосова, вглубь его объема (а в уменьшающемся поле барьер препятствует выходу вихрей). Барьер включает в себя два вклада. Первый из них называется барьером Бина - Ливингстона. Зародившийся у поверхности вихрь обладает деформированной областью сверхтока, она сжата со стороны поверхности и эту сжатую область куперовские пары проходят с большей скоростью, нежели удаленную от поверхности. Согласно уравнению Бернулли давление сверхтекучего конденсата куперовских пар у поверхности меньше, т.е. существует, прижимающая вихрь к поверхности, разность давлений.

Второй вклад называют барьером приповерхностного дефектного слоя [10]. В силу термических флуктуаций дефекты кристаллической структуры способны перемещаться по объему материала. Поверхность оказывается ловушкой на пути такого перемещения, и у поверхности скапливается большее число дефектов, чем в среднем по объему. Кроме того, на плотность дефектов у поверхности влияет механическая обработка металла (прокатка, токарная, фрезерная и другие работы), которая повреждает этот приповерхностный слой на глубину нескольких десятков мкм. В результате вблизи поверхности глубина проникновения λ больше, чем на удалении от нее. Величина первого критического поля Н_с1~ , поэтому его значение у поверхности Н оказывается ниже, чем в объеме Н_с1. В этой связи зародившийся при Н = Н вихрь не может покинуть приповерхностный слой пока Н < Н< Н_с1.

Поле, при котором оба вклада в барьер становятся несущественными, называют полем «перегрева» мейснеровского состояния.

Пиннингом потока считается процесс удержания линий потока (вихрей) раз­личными дефектами, у которых энергия, требуемая для закрепления потока в объеме больше чем энергия термо­активации или энергии взаимодействия потока с градиентами электрического или магнитного поля.

Крип потока это термически активированное движение потока, в котором линии потока (вихри) или их пучки перемещаются скачкообразно от одного центра пиннинга к другому, расположенному поблизости. Обычно это возникает при скорости настолько малой, что есть едва экспериментально определимое падение напряжения или затухание постоянных токов.

Течение потока - это устойчивое движение всех одиночных вихрей или их пучков, ограниченное в основном вязкостным сопротивлением, что приводит к измеримому эффективному сопротивлению в некоторых сверхпроводниках. Оно возникает в сверхпроводниках со сравнительно слабыми центрами пиннинга, когда силы Лоренца больше сил пиннинга, но не достаточно велики, чтобы инициировать лавину потока.

Скачки потока – это коллективное, но не непрерывное движение пучков потока или большого числа вихрей потока, как результат механического, теплового, магнитного или электрического возму­щений в сверхпроводнике. Суммарное рассеяние энергии и падение напряжения произвольно генерируются во времени и могут наклады­ваться на характер крипа потока или течения потока. В некоторых образцах и устройствах скачки потока можно наблюдать при помо­щи чувствительной аппаратуры или они проявляются как случайный шум. Если рассеяние энергии не приводит к тепловому распространению, то скачки потока можно назвать "парциальными" или "неполными". Явления крипа по­тока, течения и скачков очень схожи по происхождению и их внешние проявления обычно трудно наблюдать экспериментально, поэтому явное разделение этих трех типов движения потока не проявляется и разли­чия в их определении произвольны.

Лавина потока - это движение очень большого числа пучков потока, возникающее при катастрофическом (увеличении) тече­нии потока или его скачков, что приводит к рассеянию энергии в достаточной локальной области.

Тепловое распространение - это катастрофическое локальное повышение температуры в сверхпроводящем материале, которое связывается с рассеянием тепловой энергии, вызванное движением лавины потока или другого заметного воз­мущения. Это свойство в основном системы или устройства в целом, чем самого сверхпроводящего материала. Повышение температуры и закалка сверхпроводника зависят от материала, типа стабилизации и метода охлаждения системы.