第二类超导体

界面能小于零的超导体。根据超导体在磁场中磁化曲线的差异，超导体可分为第一类和第二类两类。在已发现的超导元素中，只有钒、铌和钽属于第二类，其他元素均属第一类。然而大多数超导合金和化合物则属于第二类：它们的区分在于：第一类超导体的京茨堡-朗道参量（见超导电性）,超导-正常相的界面能为正；而第二类超导体，界面能为负。

第二类超导体性质基于第二类超导体的某些性质（如磁化行为、临界电流等）对诸如位错、脱溶相等各种晶体缺陷十分敏感。只有体内组分均匀分布，不存在各种晶体缺陷，其磁化行为才呈现完全可逆，称为理想第二类超导体。反之，则称为非理想第二类超导体或硬超导体。非理想第二类超导体具有较大的实用价值1。

理想第二类超导体一细长圆柱状的理想第二类超导体，处于平行于轴方向的外磁场中时。可以看到存在有两个确定的临界场,即下临界场Hc1和上临界场Hc2。当外磁场低于Hc1时，超导体处于迈斯纳态,即磁场被排出超导体外。但从Hc1开始，磁场部分地穿透到超导体内部，而且随着磁场的增高，穿透程度也增加(-M减少)；一直到达到Hc2时磁场才完全穿透超导体(M=0)，这时，超导体过渡到正常态。在Hc1Hc1时，磁场以磁通线的形式穿透体内。但缺陷的存在对磁通线的穿透造成阻力，因此超过Hc1时，磁化强度继续增大。当H>Hp时，则随磁场的增大而它减小。直至Hc2时，磁化强度才等于零。当磁场从高于Hc2下降时，缺陷同样阻碍磁通排出，故磁化曲线上出现磁滞现象，以致零磁场时有剩余磁矩，称为俘获磁通。

晶阵缺陷的存在，阻碍着磁通线的运动。因此，可以把它们看作是一些对磁通线运动产生钉扎作用的钉扎体，也称为磁通钉扎中心。钉扎作用的强弱以钉扎力Fp的大小来表示。当温度高于绝对零度时，由于热激活的存在，磁通线总是有一定的几率从一个钉扎中心迁移到另一个钉扎中心，这种磁通线发生跳跃式的无规运动叫做磁通蠕动。

当传输电流在与外磁场相垂直的方向上通过处于混合态的超导体时，每根磁通线既受到钉扎力Fp的钉扎作用,又受到电磁力（洛伦兹力）FL=J)×Φo的驱动作用，其中J) 为电流密度，Φo为磁通量子。当FL>Fp时，磁通线会发生较快地横过导体的运动，这就是磁通流动。它会在导体纵向感生电压，相应地“电阻”称为磁通流动电阻，其电阻率，式中ρn为超导体处于正常态时的电阻率，B为外磁场值。

在平衡状态下，超导体内各处的钉扎力与洛伦兹力相等，磁通线处于临界态。这时，超导体的体电流密度就是临界电流密度Jc。为描述临界态，已提出了比恩-伦敦(Bean-London)模型和金-安德森(Kim-Anderson)等模型。

非理想第二类超导体处于混合态时，在很高的横向磁场下，仍可以通过很大的体超导电流，其临界电流密度Jc有时高达10A/cm以上。 通过Jc-H特性和组织结构的关系，以及磁热不稳定性等的研究，现今已研制成功Nb-Ti、Nb-Zr合金和Nb3Sn,V3Ga化合物等稳定的实用超导材料，成为发展强磁场超导磁体技术的基础。已经应用于固体物理、高能物理、受控聚变反应、磁流体发电等一系列现代科学技术部门而显示了巨大的优越性4。

二类超导体内部磁场三种情况对于第二类超导体来说，当温度降到临界温度以下时，我们对它施以外加磁场，随着外加磁场增大，超导体内部的磁感应强度可能有三种情况：

1.当外加磁场比较小时，内部没有磁通线，这就是通常理解的超导态。

2.随着外加磁场增大到某个值，超导体内部开始出现了第一根磁通线，这时的外加磁场大小我们称其为下临界磁场。

在这种状态下，随着磁场的增大，磁通线分布并不是处处一样，而是必须排成点阵才使体内的能量最低。如果我们用磁粉撒上去，就可以观察到这样的点阵“小格子”。这种状态，叫做“第二类超导体”的混合态。

3.外加磁场持续增大，到某个数值时，材料完全转化为正常态。这时的外加磁场大小叫做上临界磁场1。

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石季英 - 副教授 - 天津大学