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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 凝聚态物理 » 为什么超导材料中有铁磁性相会降低材料的超导性能？
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dq80jiang

铁杆木虫 (小有名气)

[求助] 为什么超导材料中有铁磁性相会降低材料的超导性能？已有1人参与

为什么超导材料中有铁磁性相会降低材料的超导性能？因为超导电流要在磁场下才能产生，如果有铁磁性相，可不可以相当于外加磁场的作用和超导材料相会作用产生超导电流，就是在Tc以上将铁磁相磁化到一定程度，然后在降温过程中不加外场，单靠铁磁相的磁场能否产生超导电流，如果能产生超导电流，这个电流又会对铁磁性磁场有什么影响？本人不是很懂，请赐教。
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1楼2014-07-15 15:57:42
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mljphy

铁虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
dq80jiang: 金币+5 2014-07-16 10:33:17
铁磁相会形成宏观磁场会破坏Cooper对，形成不了超导，外加电场使Cooper对形成超导电流。在Tc以下，外磁场不能进入超导体内，因为被超导电流产生的磁场相互抵消了（迈斯纳效应）。如果外加磁场足够强，对于第二类超导，将形成由超导态和涡旋态构成的混合态，更强的超导，完全破坏了超导态。超导态的产生在高温超导中目前还是一个谜，但认为铁磁相能够产生超导不大可能。可能产生超导的机制有RVB态，反铁磁涨落等等。
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一切都会慢慢好起来。
2楼2014-07-16 09:28:41
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dq80jiang

铁杆木虫 (小有名气)
引用回帖:
2楼: Originally posted by mljphy at 2014-07-16 09:28:41
铁磁相会形成宏观磁场会破坏Cooper对，形成不了超导，外加电场使Cooper对形成超导电流。在Tc以下，外磁场不能进入超导体内，因为被超导电流产生的磁场相互抵消了（迈斯纳效应）。如果外加磁场足够强，对于第二类超导 ...

谢谢指教，如果在Tc一下没有外磁场，是否也能产生超导电流，如果必须外磁场产生超导电流，为什么铁磁相磁化后具有的磁性不能代替外磁场，却会破坏超导性能？
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3楼2014-07-16 10:33:15
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mljphy

铁虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
dq80jiang: 金币+5 2014-07-16 15:13:16
leongoall: 金币+3, 多谢应助！ 2014-07-16 20:38:36
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3楼: Originally posted by dq80jiang at 2014-07-16 10:33:15
谢谢指教，如果在Tc一下没有外磁场，是否也能产生超导电流，如果必须外磁场产生超导电流，为什么铁磁相磁化后具有的磁性不能代替外磁场，却会破坏超导性能？...

产生超导态并不需要外磁场，只需要将温度降到Tc以下。产生超导电流需要外电场。我不知道你在哪个资料上看到：产生超导需要外磁场帮助的结论。我所知道的恰恰相反，在Fe基超导发现以前，人们普遍认为超导和铁（反）磁性是不相容的，就像铜基超导中所体现出的：反铁磁奈尔态的压制后才能出现超导态。只是在从奈尔态过渡到超导之间存在一些目前还没有完全弄清楚的，与材料有关的新奇量子相，比如电荷条纹相，自旋密度波，向列相等以及赝隙的出现，我似乎没有听过从铁磁态直接过渡到超导态的情况，也没有看到过铁磁态能导致超导态的报到。
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4楼2014-07-16 11:35:55
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dq80jiang

铁杆木虫 (小有名气)
引用回帖:
4楼: Originally posted by mljphy at 2014-07-16 11:35:55
产生超导态并不需要外磁场，只需要将温度降到Tc以下。产生超导电流需要外电场。我不知道你在哪个资料上看到：产生超导需要外磁场帮助的结论。我所知道的恰恰相反，在Fe基超导发现以前，人们普遍认为超导和铁（反） ...

我的意思不是要磁场才能产生超导，而是有外磁场的情况下超导体会产生超导电流，形成一个与外磁场方向相反的内磁场。如果这个外磁场用铁磁相自身产生的磁场代替行不行。或者说我把一根纯Nb丝和一根纯铁丝贴到一起，利用铁的铁磁性形成的磁场在Tc一下是否可以使Nb产生超导电流？
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5楼2014-07-16 15:18:31
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mljphy

铁虫 (正式写手)
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5楼: Originally posted by dq80jiang at 2014-07-16 15:18:31
我的意思不是要磁场才能产生超导，而是有外磁场的情况下超导体会产生超导电流，形成一个与外磁场方向相反的内磁场。如果这个外磁场用铁磁相自身产生的磁场代替行不行。或者说我把一根纯Nb丝和一根纯铁丝贴到一起， ...

铁磁相自身产生的磁场也会破坏超导电性。库伯对是自旋相反电子的组态，超导是库伯对态的相干凝聚。有磁场存在会导致电子自旋取向一致，显然要求自旋相反的库伯对会被破坏。你的问题实际上是外磁场对超导的影响，而不是通过磁场（不管是外磁场还是像你说的自身铁磁相磁场）产生超导电流。“有外磁场的情况下超导体会产生超导电流”这句话容易误解。当然外磁场用铁磁相自身代替行不行，这个描述我不太能理解。这句话成立的前提似乎是超导态能与铁磁态共存，或是铁磁相能诱导超导态。
你说的情况是不是在讨论外磁场对超导态的影响时，这个外磁场用超导体本身的铁磁相代替。这个当然原理上没有问题，因为任何磁场本身就是通过电流（磁铁）产生。问题是超导体处于超导态时如何能够在自身存在铁磁相？ 在外电场下，Fe丝能够在Tc以下的Nb丝中产生超导电流，应该可以，但这并不是Fe丝的功劳。
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6楼2014-07-16 17:20:59
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dq80jiang

铁杆木虫 (小有名气)
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6楼: Originally posted by mljphy at 2014-07-16 17:20:59
铁磁相自身产生的磁场也会破坏超导电性。库伯对是自旋相反电子的组态，超导是库伯对态的相干凝聚。有磁场存在会导致电子自旋取向一致，显然要求自旋相反的库伯对会被破坏。你的问题实际上是外磁场对超导的影响，而 ...

受益匪浅，谢谢指教！因为最近看了一点超导方面的文献，我自己对超导不懂，看到里面在ZFC和FC的过程中外加磁场导致超导体产生电流形成与外磁场相对抗的磁场，这样使超导体产生了抗磁性。我的意思是用铁磁相（比如纯铁）和超导体（比如纯Nb）两者粘到一起，这样是否可以代替ZFC和FC过程中外磁场的作用而使超导体产生抗磁性？

另外，如果在ZFC和FC过程中，磁化强度有突变，但不是由负值变成零或者正值，而均是正值或者负值，但是在某一温度下存在一个类似超导转变的突变，这样的能算是超导转变吗？
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7楼2014-07-16 20:11:48
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mljphy

铁虫 (正式写手)
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7楼: Originally posted by dq80jiang at 2014-07-16 20:11:48
受益匪浅，谢谢指教！因为最近看了一点超导方面的文献，我自己对超导不懂，看到里面在ZFC和FC的过程中外加磁场导致超导体产生电流形成与外磁场相对抗的磁场，这样使超导体产生了抗磁性。我的意思是用铁磁相（比如纯 ...

“用铁磁相（比如纯铁）和超导体（比如纯Nb）两者粘到一起”在ZFC和FC过程中代替外磁场使超导体产生抗磁性，看到磁化强度有突变（>0范围），我觉得这应该可以看作发生了超导转变。因为根据Messiner效应，在Tc以上超导体内磁化强度很小（M1，顺磁体），而在Tc以下，磁场B完全排出体外，也就是产生了一个与外部铁磁相（Fe）相抗衡的磁化强度，即：M2=-HFe。一般情况下M2>>M1，在FC和ZFC曲线上表现为随温度降低磁化强度突然升高（相变）。但具体的磁化曲线是什么形状，可能与材料有关，还与超导体的形状有关。你文献中的这个跃变曲线是什么样子？
另外需要指出的是这个超导电性是降温的结果，并不是有一块处于铁磁相的纯铁而产生的超导电性。我认为纯铁的作用跟外磁场一样，也就是跟超导体在外磁场中做ZFC和FC的结果应该一样。
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8楼2014-07-17 08:31:43
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dq80jiang

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8楼: Originally posted by mljphy at 2014-07-17 08:31:43
“用铁磁相（比如纯铁）和超导体（比如纯Nb）两者粘到一起”在ZFC和FC过程中代替外磁场使超导体产生抗磁性，看到磁化强度有突变（>0范围），我觉得这应该可以看作发生了超导转变。因为根据Messiner效应，在Tc以 ...

附图是我做的10Oe下的ZFC和FC曲线，以及在2K条件下的超导滞后环，样品中还有Fe和Nb。我看很多书上都说在超导态下外加磁场会在超导体内产生超导电流，从而使超导体体现出抗磁性。
为什么超导材料中有铁磁性相会降低材料的超导性能？
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9楼2014-07-17 20:12:13
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mljphy

铁虫 (正式写手)
你的图很不错啊。
“超导态下外加磁场会在超导体内产生超导电流，从而使超导体体现出抗磁性。”这句话本身没有错。超导体已经是超导态了，加外磁场就会有Meissner效应，体现出抗磁性。第三和第四个图都是在超导态下测得的磁场响应曲线吧？有点奇怪。一般磁矩会随磁场线性增加，直到某个磁场突然降为零，这个磁场就是超导临界磁场。你的零附近的磁化强度可以放大看看吗？
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10楼2014-07-17 20:53:17
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