Введение к работе
Актуальность темы
В последние годы область применимости сверхпроводников второго рода существенно расширилась, что связано с возможностью их применения в современной электронике и энергетике. В связи с этим усилились и исследования смешанного состояния сверхпроводников второго рода. Токонесущие и магнитные характеристики таких сверхпроводников, определяющие перспективы их практического использования, в значительной степени зависят от наличия в образцах вихрей и их взаимодействия с пространственными неоднородностями материала.
Открытие новых высокотемпературных сверхпроводников показало, что они относятся к сверхпроводникам второго рода. Известно, что ВТСП материалы обладают высокой степенью анизотропии. В отличие от большинства сверхпроводников, в ВТСП тепловыми флуктуациями вблизи фазового перехода пренебрегать нельзя. До сих пор не создано последовательной теории фазового перехода в магнитном поле, которая бы учитывала все флуктуаци-онные эффекты, возникающие в этой области. Образование замкнутых вихрей Абрикосова относится к эффектам такого рода.
Замкнутые вихри начинают влиять на сверхпроводящие свойства при значительно меньшей температуре, чем температура, при которой сверхпроводимость разрушается чисто флуктуационным образом. Существующая на данный момент теория плавления решётки вихрей Абрикосова не включает в себя замкнутые вихри. В связи с этим исследование замкнутых вихрей является весьма актуальной задачей.
Изучение динамических свойств замкнутых вихрей Абрикосова позволяет лучше понять процессы, протекающие в сверхпроводниках второго рода вблизи критической температуры. Немаловажно изучение взаимодействия замкнутых вихрей с линейными вихрями, изучение процессов рождения и уничтожения замкнутых вихрей. В совокупности с линейными вихрями замкнутые вихри активно участвуют в процессе разрушения сверхпроводимости, влияют на магнитные свойства сверхпроводника. Всё это позволяет утверждать, что замкнутый вихрь Абрикосова является не менее важным объектом исследования, чем линейный вихрь, описание которого широко распространено в литературе.
Цель работы
Целью работы является теоретическое описание замкнутого вихря Абрикосова, изучение его статических и динамических свойств, описание состояния сверхпроводника второго рода, содержащего в себе замкнутые вихри в области температур близких к Тс.
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
-
Описать общую картину смешанного состояния сверхпроводника второго рода, существующую на данный момент.
-
Изучить статические и динамические свойства замкнутого вихря Абри-
косова, рассматривая его как решение стационарного и нестационарного уравнений Гинзбурга-Ландау (ГЛ).
-
Описать механизмы генерации замкнутых вихрей Абрикосова: возникновение из линейного вихря и в результате действия сильной токовой флуктуации.
-
Рассмотреть процессы взаимодействия замкнутых вихрей с решеткой линейных вихрей. Смоделировать общую картину сверхпроводника второго рода, находящегося во внешнем магнитном поле, при температурах близких к Тс.
-
Рассчитать температуру, соответствующую началу генерации замкнутых вихрей и определить область существования фазы сверхпроводника второго рода, характеризуемую наличием замкнутых вихрей.
-
Изучить взаимодействие замкнутых вихрей с различными дефектами сверхпроводника: одиночной полостью, точечными дефектами рассеянными равномерно по сверхпроводнику. Рассмотреть последствие пиннинга замкнутых вихрей.
Научная новизна результатов
Научная новизна результатов состоит в том, что автором впервые:
-
На основе аналитического решения стационарного уравнения Гинзбурга-Ландау и численного решения нестационарного уравнения Гинзбурга-Ландау изучены динамические свойства замкнутого вихря.
-
Введён механизм образования замкнутых вихрей из линейных вихрей, а также получены балансные уравнения, описывающие процессы генерации и уничтожения замкнутых вихрей.
-
Обнаружен эффект притяжения замкнутого вихря к линейному при их взаимодействии.
-
Получена температурная и магнитно-полевая зависимость теплоёмкости сверхпроводника, содержащего замкнутые вихри, на основе которой определена область существования замкнутых вихрей, и установлена зависимость пороговой температуры от внешнего магнитного поля.
-
Обнаружено явление стабилизации замкнутого вихря, находящегося в сверхпроводнике, содержащем точечные дефекты, а также процесс распин-нингования линейного вихря замкнутым вихрем.
Научная и практическая значимость работы
Введение замкнутых вихрей в модель, описывающую смешанное состояние сверхпроводника второго рода, позволяет объяснить аномальное поведение вольт-амперных характеристик вблизи критической температуры, а также расширить область практического применения сверхпроводников второго рода, в частности, при создании приборов на основе ВТСП материалов, работающих на новых принципах.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Существует два механизма образования замкнутых вихрей Абрикосова, а именно: образование замкнутого вихря в результате действия сильной токовой флуктуации и образование замкнутого вихря из линейного вихря.
-
Радиус замкнутого вихря определяет время его жизни: замкнутые вихри с малыми радиусами, являются неустойчивыми и быстро разрушаются.
-
Замкнутый вихрь взаимодействует с решёткой линейных вихрей, разворачиваясь в определённое, энергетически выгодное положение относительно направления внешнего магнитного поля. Далее замкнутые вихри притягиваются к линейным, образуя «гроздья».
-
Кроме известной фазы сверхпроводника второго рода, содержащего в себе решётку линейных вихрей, в нём имеется фаза, характеризуемая наличием замкнутых вихрей. Температура, соответствующая началу генерации замкнутых вихрей, зависит от внешнего магнитного поля и совпадает с температурой фазового перехода, обнаруженного экспериментально.
-
Замкнутый вихрь взаимодействует с различными дефектами сверхпроводника, притягиваясь к ним. Возможна стабилизация замкнутого вихря в сверхпроводнике, содержащем точечные дефекты. Возможен процесс рас-пиннингования линейного вихря замкнутым вихрем.
Апробация работы
Материалы диссертации были представлены на международных конференциях: XIII Международная конференция «Ломоносов-2006» (Москва, 12-15 апреля, 2006); Вторая Международная конференция «Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости» (ФПС'Об, Звенигород, 9-13 октября, 2006); XII Международный симпозиум «Нанофизика и нано-электроника» (Нижний Новгород, 10-14 марта, 2008), а также на семинарах: I Сибирский семинар по сверхпроводимости и смежным проблемам ОКНО-2003 (Новосибирск, 24-25 ноября, 2003); II Сибирский семинар по сверхпроводимости и смежным проблемам ОКНО-2004 (Красноярск, 1-2 декабря, 2004); III Сибирский семинар по сверхпроводимости и смежным проблемам ОКНО-2005 (Омск, 20-21 сентября, 2005); Г/ Сибирский семинар по сверхпроводимости и смежным проблемам ОКНО-2006 (Новосибирск, 26-27 октября, 2006); V Сибирский семинар по сверхпроводимости и смежным проблемам ОКНО-2007 (Красноярск, 13-18 сентября, 2007); VI Сибирский семинар по сверхпроводимости и смежным проблемам ОКНО-2008 (Омск, 16-17 сентября, 2008).
Публикации
Список публикаций автора по теме диссертации составляет 7 научных публикаций, список которых приведён на стр.20.
Личный вклад соискателя
Автор участвовал в решении поставленных задач, обсуждении полученных результатов и их интерпретации. Все аналитические и численные расчеты проделаны автором.
Структура и объём диссертации
Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения. Объём диссертации составляет 94 страницы машинописного текста, в том числе 22 рисунка и список цитируемой литературы из 72 наименований.
