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1、高温超导材料的抗磁比率阎守胜北京大,北京,学物理系,,小的一定不好你经常测量高温超导材料的抗磁比率测得正确吗杭磁比率大的样品一定好吗除去零,超导体最重要的特性是完全抗磁性,,电阻特性外或称迈斯纳效应因此在高温超导电性的研究中,人们经常要对材料的抗磁程度,即迈斯纳,比率进行测盆一般认为它标志着材料的好坏表征材料中超导相所占的体,以及它在多大程度上反映了材料的品质等问题进积比本文就其测量方法行一些介绍和讨论,,层具有超导电性内部是正常的甚至是空心,,完全抗磁性的得到的结果均相同因此尽管这种零场冷,的直流磁化率侧量给出的抗磁比率通常很
2、高,完全抗磁性即迈斯纳效应是指在转变温度接近于但它并不真实地反映材料中超导相,以下超导体内部保持磁感应强度所占的体积比这是一种屏蔽效应得到的结,果称为屏蔽比率在不少文献中人们用这种。,根据定义材料磁化率即为样品磁化强度对和测量方法说明超导电性的存在必须注意这磁场的比率如采用万十标的表只反映样品表面层的性质,达形式则完全抗磁性相当于磁化率二、一三加场冷却样品材料的抗磁性可通过磁化率的测量确定如符,,,。号为负则有抗磁性如此时绝对值小于在以上样品内部已有磁场进人当冷。,,则称为部分抗磁抗磁比率相当于所测磁化率却到以下时样品中的超导区
3、把磁场排出二,与一的比值表现出抗磁性在侧量时不再附加额外的磁场一般认为加场冷却一,简写为、所得二零场冷却样品到的磁化率反映了样品中超导相的多少。,如测得的磁化强度为相应的磁场强度为,问题的复杂性首先来源于样品的冷却方则样品的抗磁比率为,,。一,一,。,式在样品冷却过程中不加磁场称做零场冷一一,却方式常简写为这个比率通常远小于这种零场冷却和加场,,,、进行磁化率测量时先要加一个小的礴场然冷却结果的差别对氧化物超导体是普遍的基,,后测量在这个磁场作用下样品的磁化强度本的现象直接与很短的相千长度相关这方面,由于磁场有一个从零到的突然变
4、化样品在的讨论已超出本文范围超导态的完全抗磁性产生于在样品表面很薄的,、一层内感生出的超流电流其方向和大小恰好四交流磁化率的测量,在样品内完全屏蔽了外场的作用即产生的磁场与外场大小相等方向相反假如仅样品表面磁化率亦可用交流方法测量由于测量时一卷期,,磁场是交变的因而和直流磁化率测量的零场公式可得到衬一这样买际,冷情况相同抗磁性主要来源于样品表面层中的抗磁比率为,一二,。一二,一,感生的超流电流的屏蔽作用所得磁化率和二,,一的比值给出屏蔽比率不能作为材料要小一倍如果不做这种修正常常会中超导相多少的量度得到大于的不合理的抗磁比率,由
5、于氧化物超导材料的单晶多半呈片状五、退磁因子轴与片平面垂直在做磁场平行于轴的测,,量时退磁因子的修正是很大的必须加以考超导休的迈斯纳效应,相当于在磁场的虑。,非椭球状样品的退磁因子可参照尺寸相近作用下超导体具有和磁场方向相反的磁短二,,从而体内体内磁矩等效于在样的椭球的数值确定可以对样品作零场冷却品端部出现磁荷图端部的磁荷在空间及以及低场磁化率或交流磁化率测量对高质量,,的样品抗磁比率应为而实际侧得的应大于,乘以一将其修正到所用即为该尹二,、、。,、样品的退磁因子的实际值和与其尺寸相近的,,下椭球样品比若数值相近即可采用如相差犷
6、方,,如才太远则可能有其它问题样品屏蔽比率太差何十上︸一、,。等、,产六磁通钉扎、尹,氧化物超导材料属第类超导体在上月。,,图在外场的作用下样品的磁矩产下临界磁场之间即和之间的状态称生附加场由虚线表示,为混合态磁场以磁通线的形式进人超导体每,,,样品内部产生附加磁场使样品内的实际磁场个磁通线有一正常态的芯子周围有超流环流,二不同于外加场杖对于超导材料的方总的磁通量是一个磁通量子,当,向可以和外加场方向相反图这时体内真超导材料结构上有缺陷时磁通线在超,实磁场要大于外加场通常引进一退磁因导材料中不同位置上能量不同自然它总是,愿意呆在
7、能量低的位置上这种位置常称做钉子来描述这种修正一二,,扎中心它对磁通线起钉扎作用妨碍磁通线在,的数值依赖于样品的形状为提的正数如热激活或其它原因下的运动,,果样品为细长条并顺着外场方向的数值很,、,小如果样品为扁片又与外场垂直则外加磁场七场冷样品中的与样品真实感到的磁场差别很大对椭球状样,品的数值可从手册上查到磁通钉扎效应的存在使问题复杂化问题,,。在前述磁化率的测量中作为样品磁化强在于进人样品的磁场在加场冷却到以下,,度与磁场强度的比值其中磁场强度应为样品时并不能完全被排除出体外,二,一真实感受到的而不是外加场通常按图在超导材
8、料的相图中给出。,,计算结果要加以修正对于样品加场冷却样品的过程样品从正常态冷却经,,,,,具有完全抗磁性即一的情形用过混合态然后冷却到某一温度如液氮温度物理八、钉扎的存在使抗磁比减小棍合态从实际测得的抗磁比率相当于排出磁通量数,迈斯幼态和样品在正常态时体内总磁
