Magnetic irreversibility in type-I superconductors: Review and representative experimental study
DOI (Low Temperature Physics):
https://doi.org/10.1063/10.0044151Ключові слова:
magnetic irreversibility, intermediate state, type-I superconductor, geometrical barrierАнотація
Проміжний стан надпровідників I роду залишається плідною сферою досліджень, оскільки навіть у надчистих матеріалах криві намагнічування часто виявляють гістерезис. У роботі розглянуто магнітну незворотність у надпровідниках I роду, акцентуючи увагу на внутрішніх механізмах, пов’язаних із геометричним бар’єром і топологічними переходами у проміжному стані. Ці концепції ілюструються на прикладі експериментального дослідження високочистого танталового циліндра. Ізотермічні криві намагнічування були виміряні за різних температур і орієнтацій магнітного поля та проаналізовані з використанням зведених представлень, нормованих на термодинамічне критичне поле. Для магнітних полів, прикладених паралельно осі циліндра, незворотну поведінку спостерігають вище за зведене поле, що відповідає переходу від стану Мейснера до проміжного стану, тоді як у перпендикулярній геометрії відгук залишається оборотним. Отримані результати демонструють, що магнітна незворотність у танталі визначається механізмами, зумовленими геометрією та топологією, і значною мірою не залежить від температури, якщо її виражати у зведених змінних, що підтримує уніфіковане тлумачення магнітної незворотності в надпровідниках I роду.
Посилання
L. Landau, “The intermediate state of supraconductors,” Nature 141, 688 (1938). https://doi.org/10.1038/141688a0
A. Fortini, A. Hairie, and E. Paumier, “Magnetization of a type-I superconducting slab in the thermodynamic and the metastable phases,” Phys. Rev. B 21, 5065 (1980). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.21.5065
J. Provost, E. Paumier, and A. Fortini, “Shape effects on the magnetization of superconducting lead at 4.2 K,” J. Phys. F: Metal Phys. 4, 439 (1974). https://doi.org/10.1088/0305-4608/4/3/016
E. Kaner and V. Yampolskii, “Surface impedance of type I superconductors in a weak magnetic field,” Phys. Status Solidi B 55, 79 (1973). https://doi.org/10.1002/pssb.2220550107
A. Grishin and V. Yampolskii, “Excitation spectrum of type I superconductors in high magnetic fields,” Solid State Commun. 13, 447 (1973). https://doi.org/10.1016/0038-1098(73)90473-0
J. Clem, R. Prozorov, and R. J. Wijngaarden, “Equilibrium intermediate-state patterns in a type-I superconducting slab in an arbitrarily oriented applied magnetic field,” Phys. Rev. B 88, 104504 (2013). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.88.104504
V. Sandu and E. Cimpoiasu, “Irreversibility in rolled tantalum,” J. Supercond. Nov. Magn. 31, 2047 (2018). https://doi.org/10.1007/s10948-017-4433-6
I. Shapiro and B. Y. Shapiro, “Intermediate state in a type-I superconducting sphere: Pinning and size effect,” Supercond. Sci. Technol. 32, 085011 (2019). https://doi.org/10.1088/1361-6668/ab1f56
L. D. Landau, “On the theory of the intermediate state of superconductors,” in Collected Papers of L. D. Landau, edited by Dirkter Haar (Pergamon, Oxford, 1965), pp. 365–379.
M. Desirant and D. Shoenberg, “The intermediate state of superconductors. I. magnetization of superconducting cylinders in transverse magnetic fields,” Proc. R. Soc. A 194, 63 (1948).https://doi.org/10.1098/rspa.1948.0066
J. F. Cochran and R. S. Kaeser, “The intermediate state structure in cylindrical superconductors,” Physica 23, 727 (1957). https://doi.org/10.1016/S0031-8914(57)94249-0
C. Kuper, “An unbranched laminar model of the intermediate state of superconductors,” Philos. Mag. 42, 961 (1951). https://doi.org/10.1080/14786445108561341
M. Tinkham, Introduction to Superconductivity (Courier Corporation, Mineola, NY, 2004).
R. Prozorov, R. W. Giannetta, A. A. Polyanskii, and G. K. Perkins, “Topological hysteresis in the intermediate state of type-I superconductors,” Phys. Rev. B 72, 212508 (2005). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.72.212508
E. Zeldov, A. Larkin, V. Geshkenbein, M. Konczykowski, D. Majer, B. Khaykovich, V. Vinokur, and H. Shtrikman, “Geometrical barriers in high-temperature superconductors,” Phys. Rev. Lett. 73, 1428 (1994). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.73.1428
A. Fortini and E. Paumier, “Thermodynamics of metastable processes in the magnetization of type-I superconductors,” Phys. Rev. B 14, 55 (1976). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.14.55
E. H. Brandt, “Superconductors in realistic geometries: Geometric edge barrier versus pinning,” Phys. C: Supercond. 332, 99 (2000). https://doi.org/10.1016/S0921-4534(99)00651-6
R. Prozorov, “Equilibrium topology of the intermediate state in type-I superconductors of different shapes,” Phys. Rev. Lett. 98, 257001 (2007). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.257001
R. Prozorov, A. F. Fidler, J. R. Hoberg, and P. C. Canfield, “Suprafroth in type-I superconductors,” Nat. Phys. 4, 327 (2008). https://doi.org/10.1038/nphys888
R. Prozorov and P. C. Canfield, “Suprafroth: Ageless Two-dimensional electronic froth,” in Foam Engineering: Fundamentals and Applications, edited by P. Stevenson (Wiley, 2012), pp. 207–224.
S. Vélez, C. Panadès-Guinart, G. Abril, A. García-Santiago, J. M. Hernández, and J. Tejada, “Topological magnetic irreversibility in superconducting Pb samples of various shapes,” Phys. Rev. B 78, 134501 (2008). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.78.134501
R. Prozorov, M. Zarea, and J. A. Sauls, “Niobium in the clean limit: An intrinsic type-I superconductor,” Phys. Rev. B 106, L180505 (2022). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.106.L180505
A. Vagov, T. T. Saraiva, A. A. Shanenko, A. S. Vasenko, J. A. Aguiar, V. S. Stolyarov, and D. Roditchev, “Intertype superconductivity in ferromagnetic superconductors,” Commun. Phys. 6, 284 (2023). https://doi.org/10.1038/s42005-023-01395-7
R. Idczak, W. Nowak, M. Babij, and V. H. Tran, “Type-II superconductivity in cold-rolled tantalum,” Phys. Lett. A 384, 126750 (2020). https://doi.org/10.1016/j.physleta.2020.126750
S. Vélez, A. Garcia-Santiago, J. M. Hernandez, and J. Tejada, “The role of temperature in the magnetic irreversibility of type-I Pb superconductors,” J. Phys.: Condens. Matter 24, 485701 (2012). https://doi.org/10.1088/0953-8984/24/48/485701
A. T. Dorsey and R. E. Goldstein, “Shapes of flux domains in the intermediate state of type-I superconductors,” Phys. Rev. B 57, 3058 (1998). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.57.3058
R. Prozorov and V. G. Kogan, “Effective demagnetizing factors of diamagnetic samples of various shapes,” Phys. Rev. Appl. 10, 014030 (2018). https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.10.014030
J. Buchanan, G. K. Chang, and B. Serin, “The ginzburg–landau parameter of tantalum,” J. Phys. Chem. Solids 26, 1183 (1965). https://doi.org/10.1016/0022-3697(65)90016-8
Q. Hu and Z. Wang, “Superconducting characteristics in purified tantalum-foils,” Phys. C: Supercond. Appl. 550, 85 (2018). https://doi.org/10.1016/j.physc.2018.04.013
