第二类超导体

在超导性中，II 型超导体是一种超导体，它在中间温度和超导相之上的场中表现出混合普通和超导特性的中间相。它还具有在施加外部磁场时形成磁场涡流的特征。这发生高于某个临界场强 Hc1。涡流密度随着场强的增加而增加。在更高的临界场 Hc2 下，超导性被破坏。第二类超导体没有表现出完整的迈斯纳效应。

1935年，里亚宾宁 ( Rjabinin ) 和舒勃尼科夫 ( Shubnikov ) 通过实验发现了第二类超导体。

1950年，列夫·达维多维奇·朗道 ( Lev Landau ) 和维塔利·金茨堡 ( Vitaly Ginzburg ) 在他们关于金茨堡-朗道理论的论文中进一步发展了两种超导体的理论。

在他们的论点中，I 型超导体具有正的超导体-正常金属边界的自由能。金茨堡和朗道指出了在强磁场中应该形成非均匀状态的 II 型超导体的可能性。然而，当时所有已知的超导体都是 I 型，他们评论说没有实验动机来考虑 II 型超导态的精确结构。

阿列克谢·阿布里科索夫 ( Alexei Alexeyevich Abrikosov ) 极大地改进了 II 型超导状态在磁场中的行为理论，他详细阐述了拉斯·昂萨格 ( Lars Onsager ) 和理查德·费曼 ( Richard Feynman ) 关于超流体中量子涡旋的想法。

超导体中的量子涡旋解决方案也与弗里茨·伦敦 ( Fritz London ) 在超导体中的磁通量量化方面的工作密切相关。2003 年诺贝尔物理学奖因 II 型超导理论而获得。

除了伦敦磁场穿透深度 λ 之外，金茨堡-朗道理论还引入了超导相干长度 ξ。 根据金茨堡-朗道理论，在 II 型超导体中 λ / ξ >; 1 / 2 {displaystyle lambda /xi >1/{sqrt {2}}} 。金茨堡和朗道表明这会导致超导相和正常相之间的界面产生负能量。

自 20 世纪 30 年代中期伦敦兄弟的早期作品以来，负界面能的存在也为人所知。负界面能表明系统对于最 大化此类界面的数量应该是不稳定的。直到 1936 年舒勃尼科夫的实验发现了两个临界场，才观察到这种不稳定性。

1952 年，扎瓦里茨基 ( Zavaritskii ) 也报告了对 II 型超导性的观察。弗里茨·伦敦证明了磁通量可以通过具有整数相绕组并携带量子化磁通量的拓扑缺陷穿透超导体。昂萨格和费曼证明量子涡流应该在超流体中形成。

阿列克谢·阿布里科索夫在 1957 年发表的一篇论文概括了这些想法。在非常短的相干长度的限制下，涡旋解决方案与伦敦的磁通量子 ( fluxoid ) 相同，其中涡核近似为锐截止而不是涡旋中心附近的超导冷凝物逐渐消失。

阿布里科索夫发现涡旋排列成一个规则的阵列，称为涡旋晶格。在所谓的上临界磁场附近，超导体在外场中的问题等同于旋转超流体中的涡流状态问题，由拉斯·昂萨格和理查德·费曼讨论。

在涡流状态下，称为通量钉扎的现象成为可能。 这对于 I 型超导体是不可能的，因为它们不能被磁场穿透。

如果超导体在磁场中被冷却，磁场就会被捕获，这可以让超导体悬浮在磁铁上，有可能形成无摩擦的接头或轴承。 通过电梯、无摩擦接头和运输等许多实施，可以看出磁通钉扎的价值。 超导层越薄，暴露在磁场中时发生的钉扎就越强。

第二类超导体通常由金属合金或复合氧化物陶瓷制成。 所有的高温超导体都是II型超导体。 虽然大多数元素超导体是 I 型，但铌、钒和锝是 II 型元素超导体。 掺硼金刚石和硅也是 II 型超导体。 金属合金超导体也可以表现出 II 型行为（例如铌钛，应用超导中最常见的超导体之一），以及铌锡等金属间化合物。

其他 II 型实例是已达到最高超导临界温度的铜酸盐-钙钛矿陶瓷材料。 其中包括 La1.85Ba0.15CuO4、BSCCO 和 YBCO（钇-钡-铜-氧化物），后者作为第 一种在液氮沸点 (77 K) 以上实现超导性的材料而闻名。