Неравновесные явления при разрушении сверхпроводимости током

Экспериментально показано, что вблизи ТС переход цилиндрического сверхпроводника I-го рода из сверхпроводящего состояния в нормальное под действием тока не является равновесным, что проявляется в наличии ранее не наблюдавшихся особенностей резистивной кривой. Неравновесность перехода проявляется так...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2007
1. Verfasser:	Фролов, В.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2007
Schriftenreihe:	Вопросы атомной науки и техники
Schlagworte:	Сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110881
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Неравновесные явления при разрушении сверхпроводимости током / В.А. Фролов // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 4. — С. 63-65. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-110881
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1108812025-02-09T17:41:52Z Неравновесные явления при разрушении сверхпроводимости током Нерівноважні явища при руйнуванні надпровідності струмом Nonequilibrium phenomenons at dfstruction of superconductivity by the current Фролов, В.А. Сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы Экспериментально показано, что вблизи ТС переход цилиндрического сверхпроводника I-го рода из сверхпроводящего состояния в нормальное под действием тока не является равновесным, что проявляется в наличии ранее не наблюдавшихся особенностей резистивной кривой. Неравновесность перехода проявляется также в виде немонотонности продольной намагниченности образца, когда дополнительно накладывается продольное магнитное поле, инициирующее возникновение парамагнитного эффекта. Объяснение исходит из предположения, что период структуры промежуточного состояния (лондоновская конструкция) скачкообразно уменьшается с ростом надкритичности тока. Наиболее вероятной причиной такого поведения периода является осевой пиннинг межфазных границ вследствие «сухого» трения. Експериментально показано, що поблизу ТС перехід циліндричного надпровідника I-го роду з надпровідного стану до нормального під дією струму не є рівноважним, що виявляється в наявності раніше не спостерігавшихся особливостей резистивної кривої. Нерівноважність переходу виявляється також у вигляді немонотонності подовжньої намагніченості зразка, коли додатково накладається подовжнє магнітне поле, що ініціює виникнення парамагнітного ефекту. Пояснення виходить з припущення, що період структури проміжного стану (лондонівська конструкція) стрибкоподібно зменшується із зростанням надкритичності струму. Найвірогіднішою причиною такої поведінки періоду є осьовій пінінг міжфазних меж унаслідок «сухого» тертя. It is experimentally shown, that near ТС the transition of type-I cylindrical superconductor from a superconducting state to normal one under a current is not equilibrium, that is displaid by available the resistive curve singularities. Nonequilibrium is displaid also as nonmonotonic longitudinal sample magnetization when the longitudinal magnetic field initiatе the origin of paramagnetic effect. The explanation will emanate from the supposition, that period of intermediate state structure (London’s construction) decreases spasmodically with a current increasing. The most probable reason of such period behaviour is the axial pinning of interfaces owing to "dry" friction. Выражаю благодарность О.П. Леденеву за обсуждение результатов. 2007 Article Неравновесные явления при разрушении сверхпроводимости током / В.А. Фролов // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 4. — С. 63-65. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110881 537.312.65 ru Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы Сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы
spellingShingle	Сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы Сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы Фролов, В.А. Неравновесные явления при разрушении сверхпроводимости током Вопросы атомной науки и техники
description	Экспериментально показано, что вблизи ТС переход цилиндрического сверхпроводника I-го рода из сверхпроводящего состояния в нормальное под действием тока не является равновесным, что проявляется в наличии ранее не наблюдавшихся особенностей резистивной кривой. Неравновесность перехода проявляется также в виде немонотонности продольной намагниченности образца, когда дополнительно накладывается продольное магнитное поле, инициирующее возникновение парамагнитного эффекта. Объяснение исходит из предположения, что период структуры промежуточного состояния (лондоновская конструкция) скачкообразно уменьшается с ростом надкритичности тока. Наиболее вероятной причиной такого поведения периода является осевой пиннинг межфазных границ вследствие «сухого» трения.
format	Article
author	Фролов, В.А.
author_facet	Фролов, В.А.
author_sort	Фролов, В.А.
title	Неравновесные явления при разрушении сверхпроводимости током
title_short	Неравновесные явления при разрушении сверхпроводимости током
title_full	Неравновесные явления при разрушении сверхпроводимости током
title_fullStr	Неравновесные явления при разрушении сверхпроводимости током
title_full_unstemmed	Неравновесные явления при разрушении сверхпроводимости током
title_sort	неравновесные явления при разрушении сверхпроводимости током
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2007
topic_facet	Сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110881
citation_txt	Неравновесные явления при разрушении сверхпроводимости током / В.А. Фролов // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 4. — С. 63-65. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT frolovva neravnovesnyeâvleniâprirazrušeniisverhprovodimostitokom AT frolovva nerívnovažníâviŝaprirujnuvannínadprovídnostístrumom AT frolovva nonequilibriumphenomenonsatdfstructionofsuperconductivitybythecurrent
first_indexed	2025-11-28T21:54:25Z
last_indexed	2025-11-28T21:54:25Z
_version_	1850072757461581824
fulltext	УДК 537.312.65 НЕРАВНОВЕСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ РАЗРУШЕНИИ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ ТОКОМ В.А. Фролов Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», г. Харьков, Украина; Е-mail: gane_f@ukr.net Экспериментально показано, что вблизи ТС переход цилиндрического сверхпроводника I-го рода из сверхпроводяще- го состояния в нормальное под действием тока не является равновесным, что проявляется в наличии ранее не наблюдав- шихся особенностей резистивной кривой. Неравновесность перехода проявляется также в виде немонотонности продоль- ной намагниченности образца, когда дополнительно накладывается продольное магнитное поле, инициирующее возник- новение парамагнитного эффекта. Объяснение исходит из предположения, что период структуры промежуточного состо- яния (лондоновская конструкция) скачкообразно уменьшается с ростом надкритичности тока. Наиболее вероятной при- чиной такого поведения периода является осевой пиннинг межфазных границ вследствие «сухого» трения. ВВЕДЕНИЕ В настоящее время принято считать, что изотерми- ческое восстановление резистивности (R) сверхпрово- дящего (s) цилиндра током (I) [1, 2] происходит равно- весно. В несколько иной формулировке это равносиль- но абсолютной неустойчивости к току структуры про- межуточного состояния (ПС). Благодаря такому ее свойству любое малое приращение тока (ΔI) должно вызывать перестройку межфазных границ и, следова- тельно, изменять описывающие ее величины. Однако среди многочисленных экспериментальных работ, ре- зультаты которых не противоречат такой концепции, имеются и ставящие ее под сомнение. Таковы, напри- мер, работы [3-5], где зафиксированы признаки мета- стабильности структуры ПС в самом начале перехода R/Rn=f(I/IС), а также работа [6], в которой наблюдены обе предсказанные в [2] возможности в отношении ее динамичности – и движение структуры как целого (вдали ТС), и ее статичность (вблизи ТС). Эти факты побуждают к более внимательному учету факторов, которые могут препятствовать перестройкам ПС. Осо- бенно они должны быть значимы вблизи ТС из-за мак- симального снижения причины, инициирующей эту перестройку, т.е. магнитного поля (Н), которое про- порционально критическому (НС). Что касается того, чему может быть обязана частичная устойчивость ПС (если она вообще есть), то в первую очередь это «су- хое» трение и, менее вероятно, магнитный «перегрев». Представленные в данном сообщении результаты свидетельствуют, что по крайней мере вблизи ТС s-n -переход сверхпроводящего цилиндра под действием тока не является равновесным - это следует из немоно- тонности кривой R/Rn=f(I/IС). Показано также, что в своем развитии промежуточное состояние проходит через ряд метастабильных уровней, которым соответ- ствуют определенные особенности резистивной кри- вой. Еще одним проявлением частичной устойчивости ПС к току предлагается рассматривать так называе- мую «тонкую структуру» парамагнитного эффекта (ПМЭ) [7], о которой приводятся новые данные. Все результаты качественно объяснены прибавлением кон- цепции осевого пиннинга межфазных границ к теории Лондона-Андреева [1, 2]. 1. ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКИ В резистивных измерениях исследован оловянный монокристаллический цилиндр диаметром 2а=0,66 мм (SnI), длиной ≈25 мм, ρ4,2/ρ300=~10-3, с шириной n-s - перехода ~10-3 К. Рабочая температура для этого об- разца Т1=ТС–1,9·10-2 К. Разность потенциалов (U) сни- малась с концов образца по 2 точечной схеме, под- пайка токовых и потенциальных подводов проводи- лась сплавом Вуда, U мерялось на принципиальной схеме потенциометра Линдека. Кроме измерений в ну- левом поле проведены измерения в продольном маг- нитном поле (НZ, z – ось цилиндра). Другой образец (SnII) - также оловянный монокри- сталлический цилиндр с ρ4,2/ρ300=~10-5, но его диаметр был в ≈7 раз больше – 2а=5 мм. Для него кроме потен- циометрических измерений U, которые снимали с цен- трального участка длиной ≈20 мм также потенциомет- ром Линдека, но низкотемпературным, проводились измерения продольного магнитного потока (Ф), созда- ваемого НZ. Это делалось с помощью сверхпроводяще- го флюксметра [8], датчиком Ф была катушка индук- тивности из 5 витков изолированной свинцовой прово- локи диаметром 0,1 мм, надетая на образец между по- тенциальными отводами. По измеренным значениям Ф и значению потока в нормальнопроводящем образце Ф0=πa2μ0НZ вычислялась величина кажущейся относи- тельной магнитной проницаемости μ=Ф/Ф0. Эти из- мерения проведены при температуре Т2=ТС–1,2·10-2 К. Точность поддержания Т - ≈3·10-4 К, ее воспроизве- дение и контроль постоянства проводились с помо- щью криотронного термометра [9]. Поле Земли было скомпенсировано примерно в 50 раз. 2. РЕЗУЛЬТАТЫ На рис.1 представлены графики s-n-переходов SnI под действием возрастающего тока как при НZ=0, так и в полях НZ=0,935 Э и НZ=1,87 Э. Для Т1 критический ток IС равен 0,5 А, НС=3,03 Э, и отсюда характеристи- ческий параметр структуры ПС в случае тока и нало- женного поля - φ=НZ/НС - составлял φ2=0,309 для кри- вой 2 и φ3=0,618 для кривой 3. ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 4. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (16), с.63 - 65. 63 mailto:gane_f@ukr.net Рис.1.Зависимости R/Rn=f(I) для SnI: 1 - НZ=0; 2 - НZ=0,935 Э; 3 - НZ=1,87 Э Отчетливо видно, что кривая 1 не едина, а состо- ит из нескольких участков, между которыми сопро- тивление испытывает повышающие в направлении роста I скачки. В меньшей мере те же особенности свойственны кривой 2, еще сильнее отличается кри- вая 3. Кроме того, НZ внесло существенно новые черты: в начале перехода имеется область неустой- чивости, где сопротивление осциллирует между двумя значениями, отстоящими друг от друга на значительном расстоянии. С ростом φ амплитуда неустойчивости увеличивается, также увеличивает- ся токовый интервал этой области. Рис.2. Зависимости R/Rn=f(I/IС): точки – кривая 1 из рис.1, штриховая линия – теория Лондона, пунктир - SnII На рис. 2 кривая 1, взятая из рис. 1, представлена в виде функции от приведенного тока I/IС, там же для сравнения приведены кривая для SnII и кривая, построенная по теории Лондона. Обращает на себя внимание в несколько раз большая производная d(R/Rn)/d(I/IС) в интервале от 1 до 1,1I/IС у SnI по сравнению со Sn II, т.е. как раз в том интервале, где и наблюдены повышающие скачки R/Rn у SnI. При- чина, по которой в тонком образце переход проис- ходит быстрее, чем в толстом – это скругление пе- риферии s домена под действием положительного поверхностного натяжения [10], которое эффектив- нее в образцах малого диаметра. В нашем случае SnI еще и содержит больше примесей, чем SnII, поэтому за счет меньшей поверхностной энергии межфазных границ его структура относительно более дробна и поэтому сильнее подвержена эффекту скругления за счет поверхностного натяжения. (В качестве предва- рительного результата укажем, что отсутствие види- мых скачков на резистивной кривой для SnII связано с малостью эффекта по сравнению с нестабильно- стью системы). а б Рис.3. Предполагаемое поведение абсолютной ве- личины периода δ и относительного периода δ0/r0 лон- доновской структуры в находящейся в ПС сердцевине ( а); лондоновская структура (б) Для объяснения природы особенностей рези- стивной кривой 1 рис. 1 достаточно предположить, что при уходе сердцевины вглубь, например, по за- кону r0/a=I/IC–[(I/IC)2–1]1/2 [1] (r0 – радиус сердцеви- ны в ПС) период структуры δ0 уменьшается не мо- нотонно, а скачками (рис. 3). Тогда при понижаю- щем скачке δ0 скачком же уменьшается относитель- ный период δ0/r0, благодаря чему появляется добавка в R/Rn вследствие дополнительного скругления пе- риферии s домена поверхностным натяжением. В результате s-n-переход оказывается неравновесным, при этом метастабильным состояниям соответству- ют участки кривой между скачками R/Rn, на кото- рых r0 монотонно уменьшается при δ0=const. На рис. 4 изображен график соотношения между кажущейся магнитной проницаемостью μ=Ф/Ф0 об- разца SnII и его сопротивлением R/Rn для случая φ=0,093 и Т=Т2. Как видно, в образце возникает ПМЭ [11], обладающий в указанных условиях «тон- кой структурой» - его продольная (парамагнитная) намагниченность немонотонно изменяется с величи- ной I/IС [7]. Напомним, что ПМЭ состоит в закручи- вании части тока в геликоиду, шаг которой, пропор- циональный δ0, определяет «плотность намотки» (w0) возникающего эффективного соленоида. Гипотеза о скач- кообразном уменьшении δ0 с ростом I/IС дает возмож- ность объяснить тонкую структуру ПМЭ. Действи- тельно, при понижающем скачке δ0 скачком умень- шится шаг геликоиды, которому обратно пропорциональ- но w0 и, в конечном счете, увеличится μ. Почти верти- кальный передний фронт «зубцов» кривой (см. рис. 4) соответствует понижающему скачку δ0, поло- гий же задний фронт - горизонтальному участку (ступень- ке), где r0 монотонно уменьшается. Что касается природы осцилляций сопротивления в на- чале s-n-переходов образца SnI в магнитном поле, то они имеют отношение не к метастабильности стати- ки ПМЭ, а определяются структурным динамизмом, ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 4. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (16), с.63 - 65. 64 а возникающим в специфических условиях. Дело в том, что при φ≥0,15 [12, 7] величина генерируемых структурой соленоидальных полей, достигая ~0,5 НС, становится существенной для ПС. Такое поле совместно с двумя внешними уничтожает парамаг- нитную конфигурацию ПС, после чего геликоидаль- ный ток исчезает. Далее структура ПС восстанавли- вается и все повторяется во времени. Выбранные нами величины φ2 и φ3 как раз и лежат выше порога неустойчивости. Рис.4. Соотношение между кажущейся магнитной про- ницаемостью μ и восстановленным сопротивлени- ем R/Rn для SnII,совершающего s-n-переход под дей- ствием тока в поле НZ=0,093 НС Имеется соображение, по которому магнитный перегрев как причина статической метастабильности структуры маловероятен. Дело в том, что магнитный перегрев возникает, когда образец полностью сверх- проводящий, и переход в нормальную фазу задержива- ется из-за трудности образования нормальнопроводя- щего зародыша. В нашем же случае образец уже раз- бит на n- и s–домены, и этой причины нет. По-видимо- му, самым существенным препятствием для измене- ния положения границы является внутреннее несовер- шенство кристаллической структуры (дефекты, напря- жения, примеси), т.е. то, что является причиной «сухо- го» трения. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Вблизи ТС процесс восстановления резистивности цилиндрического сверхпроводника I рода не является, как это считалось ранее, равновесным из-за того, что ПС обладает частичной устойчивостью к току. Об этом свидетельствует впервые обнаруженная немоно- тонность переходной кривой R/Rn=f(I/IС). Наиболее ве- роятный механизм метастабильности это осевой пин- нинг межфазных границ вследствие «сухого» трения. Учет частичной устойчивости ПС посредством пред- положения о скачкообразном уменьшении периода лондоновской конструкции ПС с величиной I/IС объяс- няет не только наблюденные резистивные особенно- сти, но и немонотонность продольной намагниченно- сти образца в случае токового перехода с наложенным продольным магнитным полем в комбинации, создаю- щей ПМЭ. Выражаю благодарность О.П. Леденеву за обсу- ждение результатов. ЛИТЕРАТУРА 1. F. London. Superfluids. New-York: Willey, 1950, 231 с. 2. А.Ф. Андреев. О разрушении сверхпроводимости током // ЖЭТФ. 1968, т. 54, №5, с.1510 – 1519. 3. W. Meissner, F. Schmeissner, H. Meissner. Messungen im Übergangsgebiet zur Supraleitung I // Z. Phys. 1951, 130, р. 521 – 528. 4. W. Meissner, R. Doll. Gleichzeitige oszillografische Reg- istrierung von Wiederstand und magnetischen Fluß für Indium Einkristalle in Übergangsgebiet zur Supraleitung bei starker Strombelastung // Z. Phys. 1955, v. 140, р. 340 – 358. 5. H. Meissner. Paramagnetic effect in superconductors. V. Resistance transition in tin wires // Phys. Rev. 1958, v. 109, р. 668 – 680. 6. Ю.В. Шарвин, И.Л. Ландау. Исследование динамическо- го промежуточного состояния // ЖЭТФ. 1970, т. 58, №6, с. 1943 – 1954. 7. В.А. Фролов, Я.С. Кан. Обнаружение тонкой структуры парамагнитного эффекта в сверхпроводниках первого рода // Письма в ЖЭТФ. 1979, т.30, № 3, с. 165 – 168. 8. В.А. Фролов, Я.С. Кан. О пороговом токе парамаг- нитного эффекта в сверхпроводниках // ФНТ. 1979, т. 5, № 5, с. 455 – 460. 9. Я.С. Кан, В.А. Рахубовский. Криотронный генератор ре- лаксационных колебаний в качестве термометра // ПТЭ. 1966, т. 3, с. 228 – 229. 10. И.Л. Ландау. О структуре промежуточного состояния при разрушении сверхпроводимости током // ЖЭТФ. 1978, т. 75, № 6 (12), с. 2295-2307. 11. K. Steiner. Eine magnetische Erscheinung beim Eintritt der Supraleitung // Z. Naturforsch. 1949, v. 4, р. 271 – 275. 12. И.Л. Ландау. Парамагнитный эффект в сверхпроводни- ках первого рода // ЖЭТФ. 1973, т. 64, №2, с. 557 – 567. НЕРІВНОВАЖНІ ЯВИЩА ПРИ РУЙНУВАННІ НАДПРОВІДНОСТІ СТРУМОМ В.А. Фролов Експериментально показано, що поблизу ТС перехід циліндричного надпровідника I-го роду з надпровідного стану до нормального під дією струму не є рівноважним, що виявляється в наявності раніше не спостерігавшихся особливостей резистивної кривої. Нерівноважність переходу виявляється також у вигляді немонотонності подовжньої намагніченості зразка, коли додатково накладається подовжнє магнітне поле, що ініціює виникнення парамагнітного ефекту. Пояснення виходить з припущення, що період структури проміжного стану (лондонівська конструкція) стрибкоподібно зменшується із зростанням надкритичності струму. Найвірогіднішою причиною такої поведінки періоду є осьовій пінінг міжфазних меж унаслідок «сухого» тертя. NONEQUILIBRIUM PHENOMENONS AT DFSTRUCTION OF SUPERCONDUCTIVITY BY THE CURRENT V.A. Frolov It is experimentally shown, that near ТС the transition of type-I cylindrical superconductor from a superconducting state to normal one under a current is not equilibrium, that is displaid by available the resistive curve singularities. Nonequilibrium is displaid also as nonmonotonic longi- tudinal sample magnetization when the longitudinal magnetic field initiatе the origin of paramagnetic effect. The explanation will emanate from ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 4. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (16), с.63 - 65. 65 the supposition, that period of intermediate state structure (London’s construction) decreases spasmodically with a current increasing. The most probable reason of such period behaviour is the axial pinning of interfaces owing to "dry" friction. ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 4. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (16), с.63 - 65. 66

Неравновесные явления при разрушении сверхпроводимости током

Institution

Ähnliche Einträge