Левитационные свойства объемных высокотемпературных сверхпроводников

• Автор: Ермолаев, Юрий Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Литературный обзор
1Л. Магнитные бесконтактные подвесы
1.2. Бесконтактные подвесы на основе сверхпроводников П-го рода.
1.3. Методы описания взаимодействия сверхпроводника с неоднородным магнитным полем
1.4. Экспериментальные данные по силе взаимодействия между сверхпроводником и магнитом
1.5. Методы расчета и результаты расчетов силы взаимодействия между сверхпроводником и магнитом
1.6. Расчет характеристик сверхпроводящего образца
1.7. Постановка задачи
Глава 2. Результаты экспериментов
2.1. Описание стенда для измерения силы взаимодействия сверхпроводника с магнитом
2.2. Экспериментальные зависимости силы взаимодействия сверхпроводника с магнитом от координат сверхпроводника относительно магнита
2.3. Динамические эффекты
2.4. Влияние толщины массива сверхпроводников
2.5. Влияние плотности критического тока
2.6. Подавление силы взаимодействия сверхпроводника с магнитом действием переменного магнитного поля
2.7. Заключение по главе
Глава 3. Обсуждение результатов экспериментов
3.1. Алгоритм расчета силы взаимодействия
3.2. Влияние плотности критического тока на силу взаимодействия сверхпроводника с магнитом
3.3. Влияние геометрических параметров сверхпроводника и магнита на силу их взаимодействия
3.4. Свойства многослойного массива сверхпроводников
3.5. Влияние остаточной индукции магнита на силу взаимодействия
магнита со сверхпроводником
3.6. Конфигу рация магнитов и сила взаимодействия сверхпроводника с этими магнитами
3.7. Заключение по главе
Глава 4. Расчет физических характеристик ВТСП образцов из
измеренной силы взаимодействия образца с магнитом
4.1. Расчет намагниченности, диамагнитный случай
4.2. Расчет намагниченности, насыщенный случай
4.3. Определение плотности критического тока по силе
взаимодействия образца с магнитом
4.4. Получение вольтамперной характеристики
4.5. Энергия термоактивации вихрей
4.6. Заключение к главе
Заключение
Список работ по теме диссертации
Приложения
ПЛ. Доказательство теоремы Эрншоу
П.2. Параметры сверхпроводящих образцов и постоянных магнитов

П.З. Пространственное распределение поля магнита
Литература

Введение
Большинство магнитных систем подчиняется известной теореме Эрншоу (см. [1-4] и ссылки в них), которая заключается в том, что совокупность зарядов с потенциалом взаимодействия вида ~ 1 /г (где г — расстояние между зарядами) является статически неустойчивой. Теорема Эрншоу была расширена Браунбеком [1, 4] (и ссылки в них), где было доказано, что устойчивый статический магнитный подвес невозможен для материалов с относительной магнитной проницаемостью ц > 1, но возможен для материалов с /л < 1.
Теорема Эрншоу обосновывает невозможность создания бесконтактных подвесов на основе ферромагнитных материалов. Существуют способы, позволяющие избежать следствий данной теоремы. К ним относятся: использование методов добавления
устойчивости и использование систем, не подчиняющихся теореме Эрншоу. Основным способом создания устойчивости в исходно неустойчивых магнитных системах, и практически единственным способом надежного бесконтактного подвеса массивных макроскопических объектов, являются системы с активными обратными связями [4]. Однако эксплуатация таких систем существенно затратна, а их КПД далеко не идеален [5]. Также существуют некоторые другие методы создания бесконтактных подвесов, но они обладают рядом недостатков по сравнению с системами с активными обратными связями (связанных, главным образом, с проблемами надежности подвеса и ограничениями на массу подвешенного объекта), в связи с чем не получили широкого распространения [4].
Не подчиняются теореме Эрншоу системы с диамагнитными материалами [1, 3, 4], к которым относятся материалы со слабым молекулярным диамагнетизмом и, что важно, сверхпроводящие материалы (как 1-го, так и П-го рода). Так, система, состоящая из магнита, который является источником неоднородного магнитного поля, и сверхпроводника П-го рода с жестким пиннингом, обладает рядом характерных свойств, не присущих другим магнитным системам [1, 6,

2.3. Динамические эффекты
Кроме приведенных выше статических зависимостей существуют динамические эффекты - когда сила Р~ оказывается разной при одинаковом приложенном поле. К динамическим эффектам относятся: релаксация, влияние скорости ввода поля, влияние циклических процессов.
На рис. 2.7 показана типичная релаксация силы Р- - изменение силы Р: во времени при постоянном приложенном поле, т.е. при постоянном расстоянии г, после подвода сверхпроводника к магниту. Кроме известной релаксации со спадом силы (см. [64, 65]), наблюдалась релаксация с ростом силы (рис. 2.8). Следует отметить, что спад силы в ходе релаксации происходит после роста приложенного поля, и наоборот, после уменьшения приложенного поля получается рост силы Р2.
Наблюдалось влияние скорости подвода сверхпроводника к магниту. Полученные данные позволяют утверждать, что сила взаимодействия получается больше при большей скорости подвода сверхпроводника к магниту.
Еще один динамический эффект - влияние циклических
процессов. В п. 2.2 было упомянуто, что на зависимости Р:{£) при
повторных циклах уменьшения/увеличения расстояния г получаются
близкие значения силы. Чтобы определить насколько эти значения силы отличаются, была измерена предельная сила Р: (т.е. при минимальном г) за большое количество циклов N уменьшения-увеличения г. На рис. 2.9 показана зависимость Р:(Р), полученная в режиме ZFC. Видно, что сила Р; уменьшается с ростом количества циклов. Обнаружено что на экспериментальные данные хорошо ложится аппроксимация функцией вида:
Е)(Л0 = а-ЛГй+с, (2.1)
где а, Ь, с - коэффициенты, в случае зависимости на рис. 2.9 равные а = 2.44, Ь~ 0.076, с — 3.24. Найденная функциональная зависимость Р:(М) позволяет предположить, что через большое количество циклов сила будет стремиться к значению 3.24 Н, т.е. уменьшение силы будет составлять около 40%.