Поверхностная сверхпроводимость. Контактные явления. Тонкие пленки Размерные эффекты

Поверхностная сверхпроводимость Если внешнее магнитное поле H 0 уменьшается от значения H 0 > Н С2, то в тот момент, когда H 0 становится чуть меньшим Н С2, во всем объеме сверхпроводника второго рода возникают зародыши сверхпроводимости, появляется плотно упакованная решетка вихрей На поверхности сверхпроводника, там где она параллельна внешнему полю, сверхпроводимость может существовать и при более высоких полях 2.

Поверхностная сверхпроводимость Критическое поле поверхностной сверхпроводимости – H c3 В рамках теории Гинзбурга – Ландау: Зависимость модуля параметра порядка на поверхности сверхпроводника от внешнего магнитного поля H 0 /H c2 3.

Поверхностная сверхпроводимость Найдем критическое поле поверхностной сверхпроводимости, используя вариационный метод Векторный потенциал выбираем в виде: На границе существует сверхпроводящий зародыш с вариационной волновой функцией вида 4.

Поверхностная сверхпроводимость Интегрируя по объему разницу свободных энергий, имеем: Отсюда получаем: 5.

Тонкие пленки Тонкая сверхпроводящая пленка, толщина которой меньше глубины проникновения, может сохранить сверхпроводимость в параллельном ей магнитном поле, даже если величина этого поля существенно больше Н ст Если пленка была помещена в достаточно сильное магнитное поле так, что она находилась в нормальном состоянии, то при уменьшении поля переход в сверхпроводящее состояние при поле, соответствующем равенству свободных энергий нормальной и сверхпроводящей фаз, может не произойти. Он может задержаться до более слабых полей полей переохлаждения 6.

Тонкие пленки 7.

Уравнение Гинзбурга – Ландау: Граничные условия: Получаем: В случае тонкой пленки зависимость параметра порядка от приложенного магнитного поля: Критическое поле тонкой пленки: 8. H(±d/2) = H 0

Тонкие пленки Рассмотрим случай, когда по пленке течет ток. Этот ток будет создавать на поверхностях пленки магнитное, поле, и граничные условия задачи станут такими: Решая уравнение, получаем: В случае тонкой пленки имеем: 9. H(±d/2) = ±H I

Тонкие пленки Критический ток и критическое поле тонкой пленки: Разрушение сверхпроводимости током не сопровождается фазовым переходом 10.

Течение вихрей Рассмотрим теперь, что происходит, когда сила Лоренца, созданная транспортным током, превзойдет силу пиннинга, и вихри придут в движение, т. е. когда начнется течение вихрей по­ перек транспортного тока В этом случае возникнет диссипация энергии, возникнет электрическое сопротивление. Поэтому такое состояние называется резистивным Имеем: Удельное сопротивление сверхпроводника в нормальном состоянии: 11.

Течение вихрей Вольт-амперная характеристика сверхпроводника в резистивном состоянии 12.

Спектр возбуждений Система уравнений Боголюбова: По определению, Для чистого металла w n (r) представляют собой блоховские функции. Для сплава они имеют значительно более сложный вид, так как описывают последовательные соударения электрона с различными примесями Положим Тогда 13.

Спектр возбуждений Закон дисперсии сверхпроводника: Коэффициенты удовлетворяют условию нормировки: Их можно записать в явной форме: Условие само согласованности (уравнение для параметра порядка): Плотность состояний N (r) в данной точке r в нормальном металле для энергий вблизи уровня Ферми: 14.

Спектр возбуждений Если примеси химически близки к основному материалу, то плотность состояний N(r) мало отличается от своего среднего значения и условие само согласованности принимает вид По виду это уравнение совпадает с аналогичным уравнением для случая чистого металла, поэтому в первом приближении спектр возбуждений и остальные термодинамические свойства у сплава и у чистого металла одинаковы. Впервые на это обстоятельство указал Андерсон (это и есть теорема Андерсона). На опыте оно проявляется в отсутствии заметного влияния немагнитных примесей на критическую температуру сверхпроводников 15.