Сверхпроводник в магнитном поле. Эффект Мейсснера.

Чтобы лучше понять многие интересные опыты со сверхпроводниками,  попытаемся разобраться в этой статье, что же происходит со сверхпроводником, помещенным в магнитном поле. Само собой поговорим мы и об эффекте Мейсснера-Оксенфельда, открытом в далеком 1933 году. Но, обо всем по порядку.

Сверхпроводник при комнатной температуре в магнитном поле.

Сверхпроводник при комнатной температуре в магнитном поле.

Если взять сверхпроводник (который не проявляет сверхъестественных способностей при комнатной температуре), и поместить его в магнитное поле, то это поле будет проникать внутрь него.

Если бы мы взяли обыкновенный проводник, то при охлаждении до температуры, ниже критической, ничего бы интересного с ним не произошло (то есть сопротивление его по-немногу бы падало, но на то, как поле ведет себя внутри проводника, это никак не влияло бы). Но так как мы взяли сверхпроводник, то магнитное поле вытесняется из сверхпроводника по мере приближения к состоянию с нулевым сопротивлением. Этот эффект и называется эффектом Мейсснера-Оксенфельда.

Сверхпроводник при температуре ниже критической в магнитном поле.

Сверхпроводник при температуре ниже критической в магнитном поле.

Если верить тому, что поля внутри нет, значит и ток течет только по поверхности (это следует из знаменитых уравнений Максвелла). Иначе говоря, чем дальше мы проникаем вглубь сверхпроводника, тем слабее становится ток. На самом деле все дело именно в токе! Он создает свое собственное "экранирующее" магнитное поле, направленное противоположно внутреннему, и они взаимоуничтожают друг друга.

Ток в сверхпроводнике течет по поверхности.

Ток в сверхпроводнике течет по поверхности.

Также этот эффект можно объяснить с помощью так называемых уравнений Лондонов, которые устанавливают связь между током и магнитном полем в сверхпроводнике. Пользуясь этими уравнениями, можно даже вычислить точно насколько глубоко проникает магнитное поле в сверхпроводник.

Взяв за основу эффект Мейсснера-Оксенфельда, ученые договорились подразделять сверхпроводники на сверхпроводники первого и второго рода следующим образом:

Виды сверхпроводников.Стоит добавить, что у сверхпроводников второго рода происходит только частичное выталкивание магнитное поля потому, что в них ток ведет себя не так, как в сверхпроводниках первого рода. Объем сверхпроводника второго рода пронизан своего рода "нитями", называемыми также "вихрями Абрикосова" в честь открывшего их ученого. Эти нити представляют собой области нормальной фазы (где сверхпроводник становится обычным проводником), вокруг которых циркулирует вихревой ток. Это можно увидеть на картинке ниже, где голубая область отвечает сверхпроводнику, красная - обычному проводнику, а желтая - циркулирующему вихревому току. Тем не менее, такие материалы тоже называются сверхпроводниками, потому что их сопротивление при температуре ниже критической равно нулю.

Сверхпроводник второго рода и вихри Абрикосова.

Сверхпроводник второго рода и вихри Абрикосова. (Источник)

А подробнее об экспериментах со сверхпроводниками в магнитном поле мы поговорим в следующей статье.

Комментарии: