Type-1.5_superconductor
タイプ1.5超伝導体は、2つ以上のコヒーレンス長を特徴とする多成分超伝導体であり、そのうちの少なくとも1つは磁場浸透長よりも短い。 λ { lambda}
、および少なくとも1つは長いです。これは、コヒーレンス長が1つしかない単一成分超伝導体とは対照的です。 ξ { xi}
超伝導体は必然的にタイプ1（ ξ
>> λ { xi> lambda}
）またはタイプ2（ ξ< λ
{ xi < lambda}
）（多くの場合、コヒーレンス長は追加で定義されます 1/ 2
{2 ^ {1/2}}
因子、そのような定義では、対応する不等式は次のとおりです。 ξ >>2
{ xi> { sqrt {2}} lambda}と ξ <2 { xi <{ sqrt {2}} lambda}
）。磁場に置かれると、タイプ1.5の超伝導体は量子渦を形成するはずです：磁束を運ぶ励起。それらは、超伝導粒子（電子対）の渦のような循環により、磁場が超伝導体を通過することを可能にします。タイプ1.5の超伝導体では、これらの渦は長距離の引力と短距離の反発相互作用を持っています。結果として、磁場中のタイプ1.5超伝導体は、放出された磁場と、引力の渦間力によって結合された量子渦のクラスターを備えたドメインへの相分離を形成する可能性がマイスナー状態のドメインは2成分の超伝導を保持しますが、渦クラスターでは超伝導成分の1つが抑制されます。したがって、そのような材料は、第二種超伝導体と第二種超伝導体のさまざまな特性の共存を可能にするはずです。
エゴールババーエフによって導入された1.5超伝導体のアイデアは、標準のGLフレームワーク内に2つの別々の長さスケールを導入することは持続不可能であると主張して、一部の科学者によって広く受け入れられ、批判され 今日、1.5超伝導体の実験的証拠はありません。超伝導体MgB2は1.5超伝導体であると推測されていましたが、後にタイプI超伝導体であることがわかりました。
コンテンツ
1 詳細な説明
2 独立して保存された凝縮物の混合物中のタイプ1.5超伝導体
3 マルチバンドシステムにおけるタイプ1.5超伝導
4 微視的モデル
5 現在の実験的研究
6 非技術的な説明
7 タイプ1.5の超伝導挙動のアニメーション
8 も参照してください
9 参考文献
10 外部リンク
詳細な説明
タイプIの超伝導体は、印加される磁場の強度が十分に低い場合、外部磁場を完全に放出します。また、超伝導体はそのような超伝導体の表面にのみ流れることができ、その内部には流れることができません。この状態はマイスナー状態と呼ばれます。しかし、高磁場では、磁場エネルギーが超伝導凝縮エネルギーに匹敵するようになると、非超伝導相の巨視的に大きな介在物の形成によって超伝導が破壊されます。
タイプII超伝導体は、マイスナー状態に加えて、別の状態を持っています。十分に強い印加磁場は、量子渦の形成により超伝導体の内部に電流を生成する可能性が渦はまた、超伝導体の内部を通って磁束を運びます。これらの量子渦は互いに反発し合うため、均一な渦格子または液体を形成する傾向が正式には、渦解はタイプI超伝導のモデルにも存在しますが、渦間の相互作用は純粋に魅力的であるため、多くの渦のシステムは、超電流が流れる単一の巨大な通常領域の状態への崩壊に対して不安定です。その表面。さらに重要なことに、I型超伝導体の渦はエネルギー的に不利です。それらを生成するには、超伝導凝縮物が耐えることができるよりも強い磁場の適用が必要になります。したがって、タイプIの超伝導体は、渦を形成するのではなく、非超伝導状態になります。通常のギンツブルグ-ランダウ理論では、純粋に反発する相互作用を持つ量子渦だけが、印加された磁場によって誘発されるのに十分なほどエネルギー的に安価です。
タイプI /タイプIIの二分法は、複数のコヒーレンス長を持つ多成分超伝導体で破られる可能性があることが提案されました。
多成分超伝導の例は、マルチバンド超伝導体である二ホウ化マグネシウムとオキシプニクチド、および重要なクーパー対を持つエキゾチックな超伝導体です。そこでは、例えば、電子が異なるバンドバンド構造に属することに関連する２つ以上の超伝導成分を区別することができる。2つのコンポーネントシステムの別の例は、超伝導電子と超伝導陽子または重陽子の混合物が理論的に予測された、液体金属水素または重水素の予測される超伝導状態です。
また、次のような異なる超伝導状態間で相転移を起こすシステムも指摘されました。 {s}
と +
I {s + is}
または間 U （（ 1 ）。 {U（1）}
と U （（ 1 ）。 ×× U （（ 1 ）。 {U（1） times U（1）}
コヒーレンス長の1つが発散するため、一般的にはその遷移の近くでタイプ1.5の状態に陥るはずです。
タイプ1.5超伝導体の特性の要約
タイプI超伝導体 第二種超伝導体 タイプ1.5超伝導体
特性長スケール 特徴的な磁場変動長さスケール（ロンドン侵入長）は、コンデンセート密度変動の特徴的な長さスケール（超伝導コヒーレンス長）よりも小さい2 < ξ
{{ sqrt {2}} lambda < xi}
特徴的な磁場変動長さスケール（ロンドン侵入深さ）は、凝縮物密度変動の特徴的な長さスケール（超伝導コヒーレンス長）よりも大きい2
>> ξ {{ sqrt {2}} lambda> xi}
xi “”>
コンデンセート密度変動の2つの特性長スケール 1
{ xi _ {1}}
、 2
{ xi _ {2}}
。特性磁場変動長さスケールは、密度変動の特性長スケールの1つよりも小さく、密度変動の別の特性長スケールよりも大きい
ξ1 2 < 2 { xi _ {1} <{ sqrt {2}} lambda < xi _ {2}}
渦間相互作用 魅力的
反発
長距離では魅力的、短距離では反発
クリーンバルク超伝導体の磁場の相 （1）低磁場でのマイスナー状態。（2）より大きなフィールドでの巨視的に大きな通常のドメイン。状態（1）と（2）の間の一次相転移（1）低磁場でのマイスナー状態、（2）より大きな磁場での渦格子/液体。（1）低磁場でのマイスナー状態（2）「半マイスナー状態」：中間磁場でのマイスナードメインと共存する渦クラスター（3）より大きな磁場での渦格子/液体。
相転移 状態（1）と（2）の間の一次相転移
状態（1）と（2）の間の2次相転移、および状態（2）から通常の状態の間の2次相転移
状態（1）と（2）の間の1次相転移、および状態（2）から通常状態の間の2次相転移。
超伝導/法線境界のエネルギー ポジティブ
ネガティブ
渦クラスター内の超伝導体/通常の界面の負のエネルギー、渦クラスターの境界での正のエネルギー
渦を形成するために必要な最も弱い磁場 熱力学的臨界磁場よりも大きい
熱力学的臨界磁場よりも小さい
場合によっては、単一の渦の臨界磁場よりも大きいが、渦クラスターの臨界磁場よりも小さいことが
N量子軸対称渦解のエネルギーE（N） すべてのNについてE（N）/ N
磁束量子Nの特徴的な数があるCは、その結果E（N）/ N
独立して保存された凝縮物の混合物中のタイプ1.5超伝導体
いわゆるU（1）xU（1）対称性を持つ多成分超伝導体の場合、ギンツブルグ-ランダウモデルは、ベクトルポテンシャルによって結合された2つの単一成分ギンツブルグ-ランダウモデルの合計です。 {A}
： =∑ I
、 = 1 2 1 2| （（ ∇− I
e ）。 ψ I 2 α I | ψ I 2 β I | ψ I 4 1 2（（ ∇
×× ）。 2 {F = sum _ {i、j = 1，2} { frac {1} {2m}} |（ nabla -ieA） psi _ {i} | ^ {2} + alpha _ { i} | psi _ {i} | ^ {2} + beta _ {i} | psi _ {i} | ^ {4} + { frac {1} {2}}（ nabla times A ）^ {2}}
どこ
ψ I = | ψI |
eI ϕ
I 私= 1 2
{ psi _ {i} = | psi _ {i} | e ^ {i phi _ {i}}、i = 1，2}
2つの超伝導凝縮物です。凝縮液が電磁的にのみ結合されている場合、すなわち {A}
モデルには3つの長さスケールがあります：ロンドン侵入長λ = 1 e |ψ 1 |
2+ | ψ 2 | 2 { lambda = { frac {1} {e { sqrt {| psi _ {1} | ^ {2} + | psi _ {2} | ^ {2}}}}}}
および2つのコヒーレンス長 1 1 2
1 ξ2 1 2 2
{ xi _ {1} = { frac {1} { sqrt {2 alpha _ {1}}}}、 xi _ {2} = { frac {1} { sqrt {2 alpha _ {2}}}}}}
。その場合の渦励起は、フィールドによって媒介される電磁結合のために共中心になっている両方のコンポーネントにコアを持っています {A}
。タイプ1.5レジームの発生のための必要だが十分ではない条件はξ 1
λ >>ξ 2
{ xi _ {1}> lambda> xi _ {2}}
lambda >xi _{2}””>
。熱力学的安定性の追加条件は、さまざまなパラメーターで満たされます。これらの渦は非単調な相互作用を持っています：それらは遠距離で互いに引き付け合い、短距離で互いに反発します。 魅力的な相互作用にもかかわらず、これらの渦が外部場によって励起されるのに十分なエネルギー的に有利であるパラメータの範囲があることが示されました。これにより、「セミマイスナー」状態と呼ばれる低磁場で特別な超伝導相が形成されます。加えられた磁束密度によって密度が制御される渦は、規則的な構造を形成しません。代わりに、渦の周りの領域での凝縮物密度の抑制によって引き起こされる長距離の引力相互作用のために、それらは渦の「液滴」を形成する傾向があるはずです。このような渦クラスターは、渦のない2成分マイスナードメインの領域と共存する必要がこのような渦クラスター内では、コヒーレンス長が大きい成分が抑制されます。そのため、成分はクラスターの境界でのみかなりの電流を流します。
マルチバンドシステムにおけるタイプ1.5超伝導
で2バンド超伝導異なる帯域内の電子は、独立して、したがって保存しない2つの超伝導コンポーネントの定義が異なっています。2バンド超伝導体は、次のギンツブルグ-ランダウモデルで記述されます。 =∑ I
、 = 1 2 1 2| （（ ∇− I
e ）。 ψ I 2 α I | ψ I 2 β I | ψ I 4 η （（ ψ1 ψ 2 ∗ +ψ 1 ∗ ψ
2）。+ γ
[ （（ ∇− I
e ）。
ψ1 （（ ∇+ I
e ）。ψ 2 ∗ +（（ ∇+ I
e ）。ψ 1 ∗ ⋅（（ ∇− I
e ）。ψ 2] + ν
| 1 2
| 2 2 1 2（（ ∇
×× ）。 2 {F = sum _ {i、j = 1，2} { frac {1} {2m}} |（ nabla -ieA） psi _ {i} | ^ {2} + alpha _ { i} | psi _ {i} | ^ {2} + beta _ {i} | psi _ {i} | ^ {4}- eta（ psi _ {1} psi _ {2} ^ {*} + psi _ {1} ^ {*} psi _ {2}）+ gamma [（ nabla -ieA） psi _ {1} cdot（ nabla + ieA） psi _ {2 } ^ {*} +（ nabla + ieA） psi _ {1} ^ {*} cdot（ nabla -ieA） psi _ {2}] + nu | psi _ {1} | ^ { 2} | psi _ {2} | ^ {2} + { frac {1} {2}}（ nabla times A）^ {2}}
ここでも
ψ I = | ψI |
eI ϕ
I 私= 1 2
{ psi _ {i} = | psi _ {i} | e ^ {i phi _ {i}}、i = 1，2}
2つの超伝導凝縮物です。マルチバンド超伝導体では非常に一般的にη ≠
0 γ≠ 0
{ eta neq 0、 gamma neq 0}
。いつη ≠
0 γ ≠ 0 ν≠ 0
{ eta neq 0、 gamma neq 0、 nu neq 0}
問題の3つの長さスケールは、やはりロンドン侵入長と2つのコヒーレンス長です。ただし、この場合、コヒーレンス長ξ 〜 1（（ α 1 β 1 α 2 β
2 η γ ν
）。ξ〜 2（（ α 1 β 1 α 2 β
2 η γ ν ）。 {{ tilde { xi}} _ {1}（ alpha _ {1}、 beta _ {1}、 alpha _ {2}、 beta _ {2}、 eta、 gamma、 nu）、{ tilde { xi}} _ {2}（ alpha _ {1}、 beta _ {1}、 alpha _ {2}、 beta _ {2}、 eta、 gamma 、 nu）}
密度フィールドの「混合」の組み合わせに関連付けられています。
微視的モデル
タイプ1.5の超伝導の微視的理論が報告されています。
現在の実験的研究
2009年には、二ホウ化マグネシウムがこの新しいクラスの超伝導に分類される可能性があると主張する実験結果が報告されています 。タイプ1.5超伝導体という用語は、この状態のために造られました。この結論を裏付けるさらなる実験データはで報告されました。より最近の理論的研究は、タイプ1.5は、2つの真の超伝導バンドを持つ材料を必要としないため、より一般的な現象である可能性があることを示しています。非常に小さなバンド間近接効果であり、バンド間ジョセフソン結合などのさまざまなバンド間結合の存在下で堅牢です。 2014年の実験的研究により、Sr2RuO4はタイプ1.5の超伝導体であることが示唆されました。
非技術的な説明
第二種超伝導体と第二種超伝導体では、電荷の流れのパターンが劇的に異なります。タイプIには、状態を定義する2つの特性が電気抵抗がないことと、外部磁場が通過できないことです。これらの材料に磁場をかけると、超伝導電子が表面に強い電流を発生させ、それが反対方向の磁場を発生させます。このタイプの超伝導体の内部では、外部磁場と電子の表面流によって生成される磁場が合計されてゼロになります。つまり、それらは互いに打ち消し合います。複雑な超伝導電子の流れが内部の深部で発生する可能性があるタイプII超伝導材料。タイプIIの材料では、磁場が浸透し、アブリコソフ渦格子を形成する渦によって内部に運ばれます。タイプ1.5超伝導体には、少なくとも2つの超伝導体コンポーネントがそこでは、外部磁場が密集した渦液滴のクラスターを生成する可能性がこれは、そのような材料では、渦が長距離で互いに引き付け合い、短い長さのスケールで反発するためです。引力は、超伝導コンポーネントの1つでの渦コアのオーバーラップに起因するため、このコンポーネントは渦クラスターで枯渇します。したがって、渦クラスターは2つの競合するタイプのスーパーフローを表します。1つのコンポーネントは一緒に束ねられた渦を形成し、2番目のコンポーネントはタイプI超伝導体の外部を電子が流れるのと同じように渦クラスターの表面を流れる超電流を生成します。これらの渦クラスターは、渦、電流、磁場のない「ボイド」によって分離されています。
タイプ1.5の超伝導挙動のアニメーション
マイスナードメインがクラスターと共存するセミマイスナー状態の数値シミュレーションからのムービー。一方の超伝導コンポーネントで渦液滴が形成され、もう一方の超伝導コンポーネントで巨視的な通常ドメインが形成されます。
も参照してください
タイプI超伝導体 –単一の臨界磁場を持つタイプの超伝導体
第二種超伝導体 –印加された磁場での磁気渦の形成を特徴とする超伝導体
従来の超伝導体 –BCS理論またはその拡張によって記述された超伝導性を示す材料
共有超伝導体 –原子が共有結合によって結合されている超伝導材料
高温超伝導 –絶対零度よりはるかに高い温度での超伝導挙動
超伝導体のリスト
室温超伝導体 –0°C以上で超伝導を示す材料
超伝導 –抵抗がまったくない電気伝導率
超伝導体の分類 –さまざまな種類の超伝導体
超電導の技術的応用
低温技術のタイムライン –歴史の側面
型破りな超伝導体 –既存の確立された理論では説明されていない超伝導体材料
参考文献
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外部リンク
渦クラスター形成の数値計算からアニメーションで利用可能である「型1.5超伝導体における渦クラスター形成の数値シミュレーション。」”