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介观超导环磁通涡旋态研究
中文名称: 介观超导环磁通涡旋态研究
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论文编号: 3122340收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Vortex States in Thin Mesoscopic Superconducting Rings
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 无线电物理
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 介观超导体 涡旋态 涡旋电荷 电荷分布 超导电性 介观环 半径
简介目录: 点击此处 免费索取本论文简介和目录>>
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论文简介:自二十世纪九十年代初以来,随着纳米技术的发展,介观超导体成为一个新兴的研究领域。所谓介观超导体是指它的尺寸可与相干长度ξ或穿透深度λ相比较。与宏观超导体相比,由于介观样品有很强的边界效应,它们的涡旋态在很大程度上受样品的尺寸和形状的影响。 本论文运用Ginzburg-Landau理论,在deGennes边界条件(→n)·(i(h)(→▽)-2e(→A)/c)ψ|s=i/bψ|s下研究薄介观环的涡旋态和涡旋电荷的性质。表征波函数表面外延长度的参量b在内表面和外表面可以取不同的大小和符号,标记为bi和bo。b<0和b>0分别对应表面超导电性的增强和抑制。 涡旋态的性质主要有:⒈介观超导体有两种涡旋态:巨涡旋态和多涡旋态。巨涡旋态的角动量量子数为L,波函数分布呈轴对称。当环足够大时,巨涡旋能分裂成多涡旋。多涡旋态(L1,L2)表示一个角动量为L1的巨涡旋在环的中央(若L1=0,则中央无涡旋),外部有L2-L1个单涡旋对称环绕成一圈。巨涡旋态和多涡旋态之间的转变是二阶相变。自由能的鞍点提供了表面势垒使L→L+1态转变并不必然发生在基态转变场Htr。考虑鞍点态的作用,当增大磁场,L态得以亚稳态的形式保持到某一进入磁场Hp>Htr,然后转变为L+1态。而降低外场时,L+1态能保持至某一排出磁场He<Htr,然后转变为L态。如果固定外半径Ro而增大内半径Ri,迈斯纳态也就是L=0态的超导电性受抑制;巨涡旋态的超导电性增强,并有更多的巨涡旋态出现。表面超导电性增强效应能增加库柏对的数目,降低L态的自由能,提升临界温度和临界磁场,并使更多的巨涡旋态出现。⒉我们分Ri<<Ro和Ri(<~)Ro两种情况。对于前者,在L>0态,顺磁和抗磁迈斯纳效应同时发生作用,所以是耦合迈斯纳态。超导电流在环的内部和外部流向相反。对于后者,L>0态是纯粹的顺磁迈斯纳态或抗磁迈斯纳态。超导电流在环内流向一致。另外,超导环的基态能出现顺磁迈斯纳效应。⒊在H-T相图中,提高温度导致能出现的涡旋态的数目减少。若温度足够高,则只有L=0态存在。对于比较窄的介观环,Tc曲线会出现Little-Parks振荡。⒋对于实验中观测到的分数量子磁通现象,给出了可能的物理解释:涡旋载荷的电中性要求近涡旋核与样品边缘区域将分布等量异号电荷;与此对应的涡旋场将在体系哈密顿量诱导自旋-轨道耦合项;将其对角化发现,它等价于在粒子波函数中诱发一个几何位相(类AC位相),从而给出分数量子磁通。 涡旋电荷的性质主要有:⒈在1/b=0的边界条件下,介观环共有N-P(环的内半径附近是负电荷,外半径附近是正电荷)、N-P-N(环的内外半径附近都是负电荷,中间是正电荷)和P-N(环的内半径附近是正电荷,外半径附近是负电荷)三种电荷分布。L=0态只有P-N分布。对于巨涡旋态,如果内半径小于某一临界内半径Ri,cr,随磁场增大依次出现N-P和N-P-N两种涡旋电荷分布。特别地,当外半径充分小,比如Ro/ξ<1.44,整个L态可以呈现纯的N-P或N-P-N分布。当Ri>Ri,cr,在较高磁场下会出现P-N分布。P-N分布对应抗磁迈斯纳态;N-P-N分布对应耦合迈斯纳态;N-P分布的较低磁场范围是顺磁迈斯纳态,较高磁场范围是耦合态。当1/b=0时,虽然超导环有不同的电荷分布,但超导体仍保持电中性。⒉表面超导电性的增强和抑制产生两种新的电荷分布,即N和P分布,它们分别对应整个介观环完全是负电荷和正电荷。如果介观环各表面的b值符号相同,则介观环的电性由b的符号决定。负/正b值对应超导电性的增强/抑制,从而超导体带负/正电。但当-1/bi>1/bo>0和1/bi>-1/bo>0时,超导体的电性同时依赖于环的尺寸,并且能在超导电性抑制的情况下带负电。当1/bo>1/bi>0,对于一定尺寸的介观环,随磁场增大,超导态和正常态会交替循环出现,从而超导体交替呈现带正电和电中性。
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