2 Классификация сверхпроводников

2.1 Сверхпроводники I рода

Для сверхпроводников I рода характер­ными являются скачкообразный переход в сверхпроводниковое со­стояние и наличие одной критической напряженности магнитного поля. Значения критической температуры Т_кр и критической напря­женности H_кр магнитного поля у них малы (максимальные T_кр и H_кр имеет РЬ, у него Т_кр = 7,2 К, H_кр = 65 кА/м, а минимальные — вольфрам W, у него Т_кр = 0,01 К, Н_кр = 0,1 кА/м), что затрудняет их практическое применение. Для них характерным является проявле­ние эффекта Мейсснера—Оксинфельда — выталкивание из объема образцов магнитного поля при переходе в сверхпроводниковое со­стояние, т.е. образцы становятся идеальными диамагнетиками. Дан­ные (T_кр, Н_кр и др.), приведенные здесь и ниже, постоянно уточняют­ся, пополняется и список сверхпроводников. К сверхпроводникам I рода относятся все чистые металлы, кроме переходных металлов.

Основной их недостаток заключается в том, что (кроме низких зна­чений T_кр) у них самые низкие среди сверхпроводников значения Н_кр, а это существенно ограничивает плотность тока и тем самым препятствует их практическому использованию. Зависимость H_кр от температуры представлена на рис. 2, а.

2.2 Сверхпроводники II рода

Сверхпроводники II рода переходят в сверхпроводниковое состоя­ние не скачкообразно, как сверхпроводники I рода, а в некотором интервале температур. Значения Т_кр и H_кр у них больше, чем у сверх­проводников I рода. При переходе от нормального (проводникового) состояния (П) в сверхпроводниковое (Св) у них наблюдается сме­шанное состояние (См), при котором одновременно сосуществуют сверхпроводниковая и нормальная фазы (см. рис.2, б). Поэтому для сверхпроводников II рода характерно наличие двух критических напряженностей магнитного поля (H_кр1 и H_кр2). Различие в значениях H_кр1 и H_кр2 может быть в сотни раз. Эффект Мейсснера—Оксенфельда наблюдается только в области напряженности магнитного поля от 0 до H_кр1. В области смешанного состояния (в области H_кр1—H_кр2) магнитное поле из объема образца выталкивается частично, т.е. эф­фект Мейснера—Оксенфельда становится неполным. Кривая H_кр2(T) представляет границу между смешанным и нормальным состояния­ми. Критическая плотность тока, несмотря на высокое значение H_кр2, небольшая, что является существенным недостатком. Некото­рые сверхпроводники II рода обладают не только относительно высокими значениями T_кр, но, что особенно ценно, и высокими значе­ниями Н_кр и j_кр.

Сверхпроводниковые свойства сильно зависят от степени дефектности образца и технологии его получения. К сверх­проводникам II рода из чистых металлов относятся только ниобий Nb (T_кр= 9,22 К, H_кр2=155 кА/м), ванадий V (T_кр = 5,43 К, H_кр2 = 109 кА/м), технеций Тс (Т_кр = 7,80 К, H_кр2 = 112 кА/м) и все сверхпроводниковые сплавы и химические соединения, очень тон­кие пленки из сверхпроводников I рода (у них значения Т_кр, Н_кр и j_кр более высокие, чем у толстых пленок).

2.3 Сверхпроводники III рода

Сверхпроводники III рода — это сверхпроводники II рода, имею­щие крупные неоднородности (дефекты решетки и примеси); такие сверхпроводники называют «жесткими». При пластическом деформировании, например протяжке, в кристаллической решетке резко увеличивается концентрация дефектов. В результате критическая плотность тока j_кр возрастает на несколько десятичных порядков. К «жестким» сверхпроводникам относится большая группа сплавов и химических соединений на основе ниобия Nb и ванадия V. Напри­мер, сплавы: Nb-Тi (Т_кр = 10 К, Н_кр2 = 8 МА/м, j_кр ≈ 0,5 ГА/м²), V-Gа (T_кр=14,2 К, Н_кр2 =18 МА/м, j_кр ≥ 1,6 ГА/м²), Nb-Gе (T_кр = 23,2 К, j_кр ≈ 1 ГА/м²); химические соединения: NbN (Т_кр = 17,3 К), (У_0,7Тh_0,3)₂С_3.1 (Т_кр = 17 К); тонкие пленки из сверхпроводниковых металлов: Аl (T_кр = 5,8 К при h = 50 нм), Вi (T_кр = 8 К при h = 300 нм), Nb (Т_КР = 9,8 К при h = 12000 нм) и др.